高考化学真题分类汇编专题15 化学反应原理综合原卷版.docx
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高考化学真题分类汇编专题15化学反应原理综合原卷版
专题15化学反应原理综合
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）=___________Pa·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=100.3J·mol−1①
H2（g）+I2（g）2HI（g）ΔH2=−11.0J·mol−1②
对于反应：
（g）+I2（g）
（g）+2HI（g）③ΔH3=___________J·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p=_________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，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（300℃）____________（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（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=83J·mol-1
CuCl（s）+
O2（g）=CuO（s）+
Cl2（g）ΔH2=-20J·mol-1
CuO（s）+2HCl（g）=CuCl2（s）+H2O（g）ΔH3=-121J·mol-1
则4HCl（g）+O2（g）=2Cl2（g）+2H2O（g）的ΔH=_________J·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]CO2的资化利用能有效减少CO2排放，充分利用碳资。
（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HCO3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=41.2J·mol−1
反应Ⅱ：
2CO2（g）+6H2（g）CH3OCH3（g）+3H2O（g）ΔH=﹣122.5J·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]氢能是最具应用前景的能之一，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1或2，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天津]多晶硅是制作光伏电池的关键材料。
以下是由粗硅制备多晶硅的简易过程。
回答下列问题：
Ⅰ．硅粉与
在300℃时反应生成
气体和
，放出
热量，该反应的热化学方程式为________________________。
的电子式为__________________。
Ⅱ．将
氢化为
有三种方法，对应的反应依次为：
①
②
③
（1）氢化过程中所需的高纯度
可用惰性电极电解
溶液制备，写出产生
的电极名称______（填“阳极”或“阴极”），该电极反应方程式为________________________。
（2）已知体系自由能变
，
时反应自发进行。
三个氢化反应的
与温度的关系如图1所示，可知：
反应①能自发进行的最低温度是____________；相同温度下，反应②比反应①的
小，主要原因是________________________。
（3）不同温度下反应②中
转化率如图2所示。
下列叙述正确的是______（填序号）。
a．B点：
b．
：
A点
点c．反应适宜温度：
℃
（4）反应③的
______（用
，
表示）。
温度升高，反应③的平衡常数
______（填“增大”、“减小”或“不变”）。
（5）由粗硅制备多晶硅过程中循环使用的物质除
、
和
外，还有______（填分子式）。
7．[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w从1.0×10−14增大到1.0×10−10，则相应的电离度是原的________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表示反应的速率，而且两者数值相等
D．随温度升高，CO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________。
8．[2018新课标Ⅰ卷]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，N2O5（g）完全分解）：
t/min
0
40
80
160
260
1300
1700
∞
p/Pa
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=−4.4J·mol−1
2NO2（g）N2O4（g）ΔH2=−55.3J·mol−1
则反应N2O5（g）=2NO2（g）+
O2（g）的ΔH=_______J·mol−1。
②研究表明，N2O5（g）分解的反应速率v=2×10−3×
（Pa·min−1）。
t=62min时，测得体系中
=2.9Pa，则此时的
=________Pa，v=_______Pa·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℃）____63.1Pa（填“大于”“等于”或“小于”），原因是________。
④25℃时N2O4（g）2NO2（g）反应的平衡常数p=_______Pa（p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N2O5NO3+NO2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
9．[2018新课标Ⅱ卷]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=-75J·mol−1
C（s）+O2（g）=CO2（g）ΔH=-394J·mol−1
C（s）+
（g）=CO（g）ΔH=-111J·mol−1
该催化重整反应的ΔH=______J·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/（J·mol−1）
75
172
活化能/
（J·mol−1）
催化剂
33
91
催化剂Y
43
72
①由上表判断，催化剂____Y（填“优于”或“劣于”），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（）和速率（v）的叙述正确的是________（填标号）。
A．积、消均增加B．v积减小，v消增加
C．积减小，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=·p（CH4）·
（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________________。
10．[2018新课标Ⅲ卷]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=48J·mol−1
3SiH2Cl2（g）SiH4（g）+2SiHCl3（g）ΔH2=−30J·mol−1
则反应4SiHCl3（g）SiH4（g）+3SiCl4（g）的ΔH=__________J·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323和343时SiHCl3的转化率随时间变化的结果如图所示。
①343时反应的平衡转化率α=_________%。
平衡常数343=__________（保留2位小数）。
②在343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：
υa________υb（填“大于”“小于”或“等于”）。
反应速率υ=υ正−υ逆=
−
，正、逆分别为正、逆向反应速率常数，为物质的量分数，计算a处的
=__________（保留1位小数）。
11．[2018海南卷]过氧化氢（H2O2）是重要的化工产品，广泛应用于绿色化学合成．医疗消毒等领域。
回答下列问题：
（1）已知：
H2（g）＋
O2（g）＝H2O（l）△H1＝－286J·mol¯1
H2（g）＋O2（g）＝H2O2（l）△H2＝－188J·mol¯1
过氧化氢分解反应2H2O2（l）＝2H2O（l）＋O2（g）的△H＝______J·mol¯1。
不同温度下过氧化氢分解反应的平衡常数（313）_____（298）（填大于、小于或等于）。
（2）100℃时，在不同金属离子存在下，纯过氧化氢24h的分解率见下表：
离子
加入量（mg·L¯1）
分解率%
离子
加入量（mg·L¯1）
分解率％
无
0
2
Fe3＋
1.0
15
Al3＋
10
2
Cu2＋
0.1
86
n2＋
10
10
Cr3＋
0.1
96
由上表数据可知，能使过氧化氢分解反应活化能降低最多的离子是_______。
贮运过氧化氢时，可选用的容器材质为_________（填标号）。
A．不锈钢B．纯铝C．黄铜D．铸铁
（3）过氧化氢的a1＝2.24×10¯12，H2O2的酸性________H2O（填大于、小于或等于）。
研究表明，过氧化氢溶液中HO2-的浓度越大，过氧化氢的分解速率越快。
常温下，不同浓度的过氧化氢分解率与pH的关系如图所示。
一定浓度的过氧化氢，pH增大分解率增大的原因是___________________：
相同pH下，过氧化氢浓度越大分解率越低的原因是__________________________________________。
12．[2018北京卷]近年，研究人员提出利用含硫物质热化学循环实现太阳能的转化与存储。
过程如下：
（1）反应Ⅰ：
2H2SO4（l）2SO2（g）+2H2O（g）+O2（g）ΔH1=+551J·mol－1
反应Ⅲ：
S（s）+O2（g）SO2（g）ΔH3=－297J·mol－1
反应Ⅱ的热化学方程式：
________________。
（2）对反应Ⅱ，在某一投料比时，两种压强下，H2SO4在平衡体系中物质的量分数随温度的变化关系如图所示。
p2_______p1（填“＞”或“＜”），得出该结论的理由是________________。
（3）I－可以作为水溶液中SO2歧化反应的催化剂，可能的催化过程如下。
将ii补充完整。
i．SO2+4I－+4H+S↓+2I2+2H2O
ii．I2+2H2O+__________________+_______+2I－
（4）探究i、ii反应速率与SO2歧化反应速率的关系，实验如下：
分别将18mLSO2饱和溶液加入到2mL下列试剂中，密闭放置观察现象。
（已知：
I2易溶解在I溶液中）
序号
A
B
C
D
试剂组成
0.4mol·L－1I
amol·L－1I
0.2mol·L－1H2SO4
0.2mol·L－1H2SO4
0.2mol·L－1I
0.0002molI2
实验现象
溶液变黄，一段时间后出现浑浊
溶液变黄，出现浑浊较A快
无明显现象
溶液由棕褐色很快褪色，变成黄色，出现浑浊较A快
①B是A的对比实验，则a=__________。
②比较A、B、C，可得出的结论是______________________。
③实验表明，SO2的歧化反应速率D＞A，结合i、ii反应速率解释原因：
________________。
13．[2018天津卷]CO2是一种廉价的碳资，其综合利用具有重要意义。
回答下列问题：
（1）CO2可以被NaOH溶液捕获。
若所得溶液pH=13，CO2主要转化为______（写离子符号）；若所得溶液c（HCO3−）∶c（CO32−）=2∶1，溶液pH=______。
（室温下，H2CO3的1=4×10−7；2=5×10−11）
（2）CO2与CH4经催化重整，制得合成气：
CH4（g）+CO2（g）
2CO（g）+2H2（g）
①已知上述反应中相关的化学键键能数据如下：
化学键
C—H
C=O
H—H
C
O（CO）
键能/J·mol−1
413
745
436
1075
则该反应的ΔH=_________。
分别在VL恒温密闭容器A（恒容）、B（恒压，容积可变）中，加入CH4和CO2各1mol的混合气体。
两容器中反应达平衡后放出或吸收的热量较多的是_______（填“A”或“B”）。
②按一定体积比加入CH4和CO2，在
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