高考化学化学反应原理综合考查大题培优易错难题含答案解析.docx

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高考化学化学反应原理综合考查大题培优易错难题含答案解析

高考化学化学反应原理综合考查（大题培优易错难题）含答案解析

一、化学反应原理综合考查

1．碳元素形成的有机化合物在动植物体内及人类生存环境中有着相当广泛的存在，起着非常重要的作用。

请结合下列有关含碳化合物的研究，完成下列填空。

（1）为了高效利用能源并且减少CO2的排放，可用下列方法把CO2转化成甲醇燃料：

①CO2（g）+3H2（g）=CH3OH（g）+H2O（g）△H=akJ•mol−1

②2H2（g）+O2（g）=2H2O（g）△H=bkJ•mol−1

③CH3OH（g）=CH3OH（l）△H=ckJ•mol−1

④H2O（g）=H2O（l）△H=dkJ•mol−1

则表示CH3OH（l）燃烧热的热化学方程式为___。

（2）用甲醇燃料电池电解处理酸性含铬废水（主要含有Cr2O72−），用如图装置模拟该过程：

①请完成电解池中Cr2O72−转化为Cr3+的离子方程式___。

②当甲池中消耗甲醇1.6g时，乙池中两电极的质量差为___g。

（3）葡萄糖和果糖为同分异构体，在一定条件下，C6H12O6（葡萄糖）

C6H12O6（果糖）△H﹤0。

该反应的速率方程式可表示为v（正）=k（正）c（葡）、v（逆）=k（逆）c（果），k（正）和k（逆）在一定温度下为常数，分别称作正、逆反应速率常数。

T1温度下，k（正）=0.06s−1，k（逆）=0.002s−1。

①T1温度下，该反应的平衡常数K1=___。

②该反应的活化能Ea（正）___Ea（逆）（填“大于”、“小于”或“等于”）。

③该T2温度下，从开始反应到平衡的过程中，葡糖糖的质量分数变化如图所示。

可以确定温度T2___T1（填“大于”、“小于”或“等于”）。

（4）H2A为二元弱酸。

室温下配制一系列c（H2A）+c（HA−）+c（A2−）=0.100mol•L−1的H2A与NaOH的混合溶液。

测得H2A、HA−、A2−的物质的量分数c（x）%（c（x）%=

×100%）随pH变化如图所示。

①当c（Na+）=0.100mol•L−1时，溶液中离子浓度的大小顺序为___。

②室温下，若将0.100mol•L−1的H2A与amol•L−1的NaOH溶液等体积混合，使溶液的pH=7。

则H2A的Ka2=___mol•L−1（用a表示）。

【答案】CH3OH（l）+

O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H=

-a-c（或-a+1.5b-c+2d）Cr2O72-+6Fe2++14H+=2Cr3++6Fe3++7H2O8.430小于大于c（Na+）﹥c（HA-）﹥c（H+）﹥c（A2-）﹥c（OH-）

【解析】

【分析】

（1）利用盖斯定律推算出CH3OH（l）燃烧热的热化学方程式；

（2）甲池为甲醇燃料电池，其中M为负极，N为正极；乙池为电解池，乙池中左边铁为阳极，右边的铁为阴极，阳极产生的Fe2+还原Cr2O72-，将Cr2O72−转化为Cr3+；利用串联电路中转移的电子数相等，计算当甲池中消耗甲醇1.6g时，乙池中两电极的质量差；

（3）①根据速率方程式，当达到平衡时，v（正）=v（逆），k（正）c（葡）=k（逆）c（果），该反应的平衡常数K=

，然后根据k（正）和k（逆）在一定温度下的数值，带入计算；

②根据该反应为放热反应，故正反应的活化能小于逆反应的活化能；

③根据图像信息，计算T2温度下的平衡常数，然后与T1温度下的平衡常数相比，对应放热反应而言，温度越高平衡常数越小；

（4）①当c（Na+）=0.100mol•L−1时，H2A与NaOH恰好反应生成NaHA，结合图中的信息，溶液中离子浓度的大小；

②由电荷守恒可知，c（H+）+c（Na+）=c（OH-）+c（HA-）+2c（A2-），由物料守恒可知c（H2A）+c（HA−）

+c（A2−）=0.050mol•L−1，结合图像信息，计算出c（HA-）、c（A2-）、c（H+），然后计算H2A的Ka2=

。

【详解】

（1）利用盖斯定律：

1.5×②-①-③+2×④，得CH3OH（l）燃烧热的热化学方程式：

CH3OH（l）+

O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H=（-a+1.5b-c+2d）kJ•mol−1；

（2）①乙池中左边铁为阳极，其电极反应式为Fe-2e-=Fe2+，Fe2+还原Cr2O72-，将Cr2O72−转化为Cr3+，其反应方程式为Cr2O72-+6Fe2++14H+=2Cr3++6Fe3++7H2O；

②1.6gCH3OH的物质的量为

=0.05mol，M为负极，其电极反应式为CH3OH-6e-+H2O=6H++CO2↑，n（e-）=6n（CH3OH）=6×0.05mol=0.3mol，串联电路中转移的电子数相等，乙池中左边铁为阳极，其电极反应式为Fe-2e-=Fe2+，故消耗Fe的物质的量为0.15mol，乙池中左边铁消耗的质量为0.15mol×56g/mol=8.4g，右边的铁为阴极，电极反应式为2H++2e-=H2↑，即右边的铁电极的质量不变，所以当甲池中消耗甲醇1.6g时，乙池中两电极的质量差为8.4g；

（3）①根据速率方程式，当达到平衡时，v（正）=v（逆），k（正）c（葡）=k（逆）c（果），该反应的平衡常数K=

，T1温度下，k（正）=0.06s−1，k（逆）=0.002s−1，故T1温度下，K=

=30；

②室温下，若将0.100mol•L−1的H2A与amol•L−1的NaOH溶液等体积混合，使溶液的pH=7，c（H+）=10-7mol•L−1，由电荷守恒可知，c（H+）+c（Na+）=c（OH-）+c（HA-）+2c（A2-），因为溶液呈中性，c（H+）=c（OH-），c（Na+）=c（HA-）+2c（A2-）=0.5amol•L−1，由物料守恒可知c（H2A）+c（HA−）+c（A2−）

=0.050mol•L−1，结合图像信息，当溶液呈中性时，c（H2A）比较小，忽略不计，c（A2−）=（0.5a-0.050）mol•L−1，c（HA−）=（0.1-0.5a）mol•L−1，室温下，Ka2=

。

2．德国化学家哈伯（F.Haber）从1902年开始研究由氮气和氢气直接合成氨。

合成氨为解决世界的粮食问题作出了重要贡献。

其原理为N2（g）+3H2（g）⇌2NH3（g）△H=-92.4kJ/mol

（1）若已知H-H键的键能为436.0kJ/mol，N-H的键能为390.8kJ/mol，则N

N的键能约为_____kJ/mol

（2）合成氨反应不加催化剂很难发生，催化剂铁触媒加入后参与了反应降低了活化能。

其能量原理如图所示，则加了催化剂后整个反应的速率由______决定（填“第一步反应”或者“第二步反应”），未使用催化剂时逆反应活化能______正反应活化能（填“大于”“小于”或者“等于”）

（3）从平衡和速率角度考虑，工业生产采取20MPa到50MPa的高压合成氨原因______

（4）一定温度下恒容容器中，以不同的H2和N2物质的量之比加入，平衡时NH3体积分数如图所示，则H2转化率a点______b点（填"大于”“小于”或者“等于”）。

若起始压强为20MPa，则b点时体系的总压强约为______MPa。

（5）若该反应的正逆反应速率分别表示为v正=K正

，v逆=K逆∙c2（NH3），则一定温度下，该反应的平衡常数K=______（用含K正和K逆的表达式表示），若K正和K逆都是温度的函数，且随温度升高而升高，则图中c和d分别表示______和______随温度变化趋势（填K正或者K逆）。

（6）常温下，向20mL的0.1mol/L的盐酸中通入一定量氨气反应后溶液呈中性（假设溶液体积变化忽略不计）则所得溶液中c（NH4+）=_______

【答案】944.4第一步反应大于当压强低于20MPa时，反应速率慢，且反应转化率低，压强过大于50MPa时，转化率提升不大，但对设备的要求高，生产成本高小于19

K正K逆0.1mol/L

【解析】

【分析】

【详解】

（1）根据反应热的计算公式

，可得

，故答案为：

944.4；

（2）因为第一步反应的活化能大于第二步反应的活化能，则催化剂后整个反应的速率由第一步反应决定，由图可知未使用催化剂时逆反应活化能大于正反应活化能，故答案为：

第一步反应；大于；

（3）根据工业上制备氨气的原理可知，当压强低于20MPa时，反应速率慢，且反应转化率低，压强过大于50MPa时，转化率提升不大，但对设备的要求高，生产成本高，所以工业生产采取20MPa到50MPa的高压合成氨，故答案为：

当压强低于20MPa时，反应速率慢，且反应转化率低，压强过大于50MPa时，转化率提升不大，但对设备的要求高，生产成本高；

（4）当增大氢气的用量时，氮气的转化率升高，氢气的转化率降低，则H2的转化率a点小于b点；根据图知b点氨气的体积分数为5%，设氮气与氢气在恒容密闭容器中各投1mol，转化的氮气为xmol，则可列三段式为：

N2+3H2⇌2NH3

则有

，

，由此可得x=

，P（平衡）=19MPa，故答案为：

小于；19；

（5）平衡时，正反应速率=逆反应速率，则有

，平衡常数K=

；该反应为放热反应，温度升高时，平衡会逆向移动，平衡常数会减小，则K逆大于K正，c代表K正，d代表K逆，故答案为：

；K正；K逆；

（6）反应后溶液呈中性，溶液中c（H+）=c（OH-）且由电荷守恒c（H+）+c（NH4+）=c（OH-）+c（Cl-），则c（NH4+）=c（Cl-）=0.1mol/L，故答案为：

0.1mol/L。

3．资源化利用

，不仅可以减少温室气体的排放，还可以获得燃料或重要的化工产品。

（1）

的捕集：

①

属于___________分子（填“极性”或“非极性”），其晶体（干冰）属于__________晶体。

②用饱和

溶液做吸收剂可“捕集”

。

若所得溶液

，溶液中

_______；（室温下，

的

）若吸收剂失效，可利用

溶液使其再生，写出该反应的离子方程式_____。

③聚合离子液体是目前广泛研究的

吸附剂。

结合下图分析聚合离子液体吸附

的有利条件是____________。

（2）生产尿素：

工业上以

、

为原料生产尿素

，该反应分为二步进行：

第一步：

第二步：

写出上述合成尿素的热化学方程式_______。

（3）合成乙酸：

中国科学家首次以

、

和

为原料高效合成乙酸，其反应路径如图所示：

①原料中的

可通过电解法由

制取，用稀硫酸作电解质溶液，写出生成

的电极反应式：

____________。

②根据图示，写出总反应的化学方程式：

_______。

【答案】非极性分子

低温，低流速（或25℃，

）

【解析】

【分析】

【详解】

（1）①极性分子是指分子中正负电荷中心不重合，从整个分子来看，电荷的分布是不均匀的，不对称的，而非极性分子是指原子间以共价键结合，分子里电荷分布均匀，正负电荷中心重合的分子，

是非金属氧化物，其结构式为：

O=C=O，属于非极性分子，干冰是固态二氧化碳，属于分子晶体，故答案为：

非极性；分子。

②根据

，

，则

；饱和Na2CO3溶液做吸收剂“捕集”CO2生成NaHCO3而失效，NaHCO3是酸式盐，能与NaOH反应生成Na2CO3和H2O，其离子反应方程式为：

HCO3−+OH−=H2O+CO32−，故答案为：

1；HCO3−+OH−=H2O+CO32−。

③观察图1可知，温度相对越低、气体流速越慢，聚合离子液体吸附CO2越彻底、效果越好，即吸附CO2的有利条件温度为25℃或低温，气体流速为10mL⋅min−1或低流速，故答案为：

低温，低流速（或25℃，10mL⋅min−1）。

（2）已知：

①

；

②

；

根据盖斯定律，①+②可得合成尿素的热化学方程式：

，故答案为：

。

（3）①电解时CO2在阴极得到电子生成CH3OH，结合酸性条件写出阴极电极反应式为：

，故答案为：

。

②根据图示可知，CH3OH、CO2和H2在LiI、

作用下生成了乙酸，根据原子守恒写出化学反应方程式为：

，故答案为：

。

4．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。

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

……

反应iii为积炭反应，利用ΔH1和ΔH2计算ΔH3时，还需要利用__（写化学方程式）反应的ΔH。

（3）反应物投料比采用n（H2O）∶n（CH4）=4∶1，大于反应的计量数之比，目的是__（填字母）。

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，因为此时CaO主要发生了__（写化学方程式）反应而使

（1）中反应平衡向__移动。

（5）以甲醇为燃料，氧气为氧化剂，KOH溶液为电解质溶液，可制成燃料电池。

以此电池作电源，在实验室中模拟铝制品表面“钝化”处理过程（装置如图所示）。

其中物质a是__，电源负极电极反应为___。

“钝化”装置中阳极电极反应为___。

【答案】CH4+2H2O

4H2+CO2C（s）+CO2（g）=2CO（g）或C（s）+2H2O（g）

2H2（g）+CO2（g）abc降低CaO+H2O=Ca（OH）2左（或逆向）氧气（或O2）CH3OH-6e-+8OH-＝CO32-+6H2O2Al+3H2O-6e-=Al2O3+6H+

【解析】

【分析】

【详解】

（1）根据CH4与H2O反应生成H2、CO2的物质的量之比为4:

1，结合原子守恒可得反应的化学方程式为CH4+2H2O

4H2+CO2；

（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

根据盖斯定律，由i-ii-iii或i+ii-iii可得C（s）+CO2（g）=2CO（g）或C（s）+2H2O（g）

2H2（g）+CO2（g），所以利用ΔH1和ΔH2计算ΔH3时，还需要利用C（s）+CO2（g）=2CO（g）或C（s）+2H2O（g）

2H2（g）+CO2（g）；

（3）反应物的投料比n（H2O）:

n（CH4）=4:

1，大于初始反应的化学计量数之比，H2O的物质的量增加，有利于促进CH4转化，促进CO转化为CO2，防止CH4分解生成C（s），从而减少积炭生成；答案选abc。

（4）根据题图可知，从t1时开始，CaO消耗率曲线的斜率逐渐减小，单位时间内CaO消耗率逐渐降低。

CaO与CO2反应生成CaCO3，CaCO3会覆盖在CaO表面，减少了CO2与CaO的接触面积，从而失效；

（5）模拟铝制品表面“钝化”处理，则电极铝是阳极，与电源的正极相连，则C为阴极，与电源的负极相连，所以a物质是氧气，b物质是甲醇，负极的电极反应式为：

CH3OH-6e-+8OH-＝CO32-+6H2O。

铝为阳极，会发生氧化反应，表面形成氧化膜，必须有水参加，所以电极反应式为：

2Al+3H2O-6e-=Al2O3+6H+。

5．蕴藏在海底的大量“可燃冰”，其开发利用是当前解决能源危机的重要课题。

用甲烷制水煤气（CO、H2），再合成甲醇可以代替日益供应紧张的燃油。

下面是产生水煤气的几种方法：

①CH4（g）+H2O（g）=CO（g）+3H2（g）ΔH1=+206.2kJ·mol-1

②CH4（g）+

O2（g）=CO（g）+2H2（g）ΔH2=-35.4kJ·mol-1

③CH4（g）+2H2O（g）=CO2（g）+4H2（g）ΔH3=+165.0kJ·mol-1

（1）CH4（g）与CO2（g）反应生成CO（g）和H2（g）的热化学方程式为__。

（2）从原料、能源利用的角度，分析以上三个反应，作为合成甲醇更适宜的是反应__（填序号）。

（3）也可将CH4设计成燃料电池，来解决能源问题，如图装置所示。

持续通入甲烷，在标准状况下，消耗甲烷VL。

①0

②33.6L

③V=44.8L时，溶液中离子浓度大小关系为__。

（4）工业合成氨时，合成塔中每产生1molNH3，放出46.1kJ的热量。

某小组研究在上述温度下该反应过程中的能量变化。

他们分别在体积均为VL的两个恒温恒容密闭容器中加入一定量的反应物，使其在相同温度下发生反应。

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