人教版届高三二轮复习化学反应原理专项训练.docx
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人教版届高三二轮复习化学反应原理专项训练
2020届高三二轮复习化学反应原理专项训练
1.C.N、S的化合物常会造成一些环境问题,科研工作者正在研究用各种化学方法来消除这些物质对环境的影响。
回答下列问题:
(1)SO2对环境的危害常表现为______,硫酸工业排放的SO2可用氨水吸收从而可实现SO2的回收利用。
吸收时的离子方程式为______。
(2)CH4和CO2是大气中主要的温室气体,催化重整可减少该气体的排放。
己知催化重整时发生反应:
CH4(g)+CO2(g)
2CO(g)+2H2(g)△H=+120kJ•mol-1
①该反应通常采用高温低压的目的______
②己知:
C一H、C=O、H-H的键能分别为413kJ•mol-1、745kJ•mol-1、436kJ•mo-1.则C-O的键能为______
(3)NO在平流层会使O3浓度减少,从而形成O3空洞,其反应机理如下;
NO作用是______,加热并有催化剂(用Cat表示)条件下将NH3与NO混合可消除NO对环境的影响,其反应式方程式 ______
(4)T1℃时,在1L的恒容密闭容中充入1.2mol的NO2,发生反应:
2NO2(g)⇌2NO(g)+O2(g)△H>0.5s达到平衡,测得平衡时c(NO2)=0.4mol/L
②v(NO)=______
②已知:
V正=K正c2(NO2),V逆=K逆c(NO)•c(O2)(K正、k逆仅受温度影响)。
T2℃时,K正=K逆 ,则T1______T2,(填“>”或“<”),其理由是______
2.在体积为2L的真空密闭容器中加人1mol CaCO3,发生反应:
CaCO3(s)⇌CaO(s)+CO2(g)。
测得二氧化碳的物质的量浓度随温度的变化如图所示。
图中曲线A表示CO2的平衡浓度与温度的关系;B是不同温度下,反应经过相同的时间时,CO2物质的量浓度的变化曲线。
请回答下列问题:
(1)已知:
①CaO(s)+SO2(g)=CaSO3(s)△H1=-402kJ•mol-1
②2CaCO3(s)+2SO2(g)+O2(g)=2CaSO4(s)+2O2(g)△H2=-2762kJ•mol-1
③2CaSO3(s)+O2(g)=2CaSO4(s)△H3=-2315kJ•mol-1
则:
CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)的△H=______kJ•mol-1
(2)①温度为T5℃时,反应CaCO3(s)⇌CaO(s)+CO2(g)耗时20s达到平衡,则20s内该反应的反应速率为v(CO2)=______;反应的平衡常数为______mol•L-1。
②如果该反应的平衡常数K值变大,该反应______(选填编号)。
A.一定向逆反应方向移动 B.在平衡移动时正反应速率先增大后减小
C.一定向正反应方向移动 D.在平衡移动时逆反应速率先减小后增大
(3)在T5℃下,维持温度和容器体积不变,充入CO2气体,则达到平衡时CaCO3的质量______(填“增大”、“减小”或“不变”)。
(4)在T5℃下,反应达到平衡状态后,再压缩容器为1L,重新达到平衡时,CO2的浓度______(填“增大”、“减小”或“不变”)
(5)随着温度的升高,曲线B向曲线A逼近的原因是______。
3.CO2是造成全球气候变暖的主要气体,同时也是一种来源丰富、价格低廉的碳资源。
中科院福建物构所谢奎及其团队利用电能将CO2高效转化为CO,CO和H2可生产优质燃料和多种化工产品,实现碳资源的循环利用。
(1)已知反应过程中能量变化如表和曲线图1所示:
反应
A
C
Ea1(kJ/mol)
Ea2(kJ/mol)
△H(kJ/mol)
①
2CO(g)+O2(g)
2CO2(g)
?
2389
﹣566
②
2H2(g)+O2(g)
2H2O(l)
1480
?
﹣571.6
③
2CH3OH(l)+3O2(g)
2CO2(g)+4H2O(l)
3026
4478
△H3
反应③的△H3= kJ/mol。
CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(l)△H4= kJ/mol;此反应中,有利于提高H2平衡转化率的条件是 (填字母)。
A.高温低压B.低温高压C.高温高压D.低温低压
(2)在不同的电压下,CO2、H2O混合电解转化为CO、H2的电流效率如图2所示(注:
电流效率=
×100%):
①由图可知生成CO和H2有相互 (填“促进”、“抑制”或“无影响”)作用。
②用此法生产的CO和H2合成CH3OH,为使CO和H2利用率最高,电解时应控制电压在 V左右(选填5、15、23、25、30)。
(3)在300℃时,将0.60molCO、1.40molH2充入4L密闭容器中,在恒温恒容下发生反应CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g)△H<0,甲醇的物质的量浓度随时间的变化如图3所示:
①图中判断反应到达平衡状态的依据是 。
②5min内H2的平均反应速率v(H2)= mol/(L•min)。
③若在500℃条件下,将1.00molCO、0.50molH2和0.50molCH3OH充入容积为2L的密闭容器中,此时反应将 (填字母)。
A.正反应方向反应B.逆反应方向反应C.达到平衡D.无法判断
4.研究CO、CO2的回收利用既可变废为宝,又可减少碳的排放。
回答下列问题:
(1)二甲醚(CH3OCH3)被誉为“21世纪的清洁燃料”,由CO和H2制备二甲醚的反应原理如下:
CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g)△H=-90.1 kJ/mol
2CH3OH(g)⇌CH3OCH3(g)+H2O(g)△H=-24.5 kJ/mol
已知:
CO(g)+H2O(g)⇌CO2(g)+H2(g)△H=-41.0 kJ/mol
则2CO2(g)+6H2(g)⇌CH3OCH3(g)+3H2O(g) 的△H=______,有利于提高该反应中CO2平衡转化率的条件是______(填标号)。
A.高温低压 B.高温高压 C.低温低压 D.低温高压
(2)T1 K时,将1 mol二甲醚引入一个抽空的150 L恒容容器中,发生分解反应:
CH3OCH3(g)⇌CH4(g)+H2(g)+CO(g)
在不同时间测定容器内的总压,所得数据见下表:
反应时间t/min
0
6.5
13.0
26.5
52.6
∞
气体总压p总/kPa
50.0
55.0
65.0
83.2
103.8
125.0
①由表中数据计算:
0~6.5 min内的平均反应速率v(CH3OCH3)=______,反应达平衡时,二甲醚的分解率为,该温度下平衡常数K=______。
②若升高温度,CH3OCH3的浓度增大,则该反应为______反应(填“放热”或“吸热”),要缩短达到平衡的时间,可采取的措施有______、______。
(3)在T2 K、1.0×104 kPa下,等物质的量的CO与CH4混合气体发生如下反应:
CO(g)+CH4(g)⇌CH3CHO(g)反应速率v=v正-v逆=k正p(CO)•p(CH4)-k逆p(CH3CHO),k正、k逆分别为正、逆向反应速率常数,p为气体的分压(气体分压p=气体总压p总×体积分数)。
用气体分压表示的平衡常数Kp=4.5×10-5 (kPa)-1,则CO转化率为20%时
=______。
5.光气(COCl2)在塑料、制药等工业生产中有许多用途,其化学性质不稳定,遇水迅速产生两种酸性气体。
回答下列问题:
(1)少量COCl2可用烧碱溶液吸收,发生反应的离子方程式为______。
(2)工业上用CO和Cl2在高温、活性炭催化作用下合成光气:
Cl2(g)+CO(g)⇌COCl2(g)△H=-108 kJ•mol-1。
所需CO来自CH4与CO2的催化重整反应。
查阅文献获得以下数据:
CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)△H1=-890.3 kJ•mol-1
2H2(g)+O2 (g)=2H2O(l)△H2=-571.6 kJ•mol-1
2CO(g)+O2 (g)=2CO2(g)△H3=-566 kJ•mol-1
则CH4与CO2催化重整反应生成CO和H2的热化学方程式为______。
(3)在T ℃时,向盛有活性炭的5 L恒容密闭容器中加入0.6 mol CO和0.45 mol Cl2,CO和COCl2的浓度在不同时刻的变化状况如图所示:
①反应在第6 min时的平衡常数为______,第8 min时改变的条件是______。
②在第12 min时升高温度,重新达到平衡时,COCl2的体积分数将______(填“增大”“不变”或“减小”),原因是______。
(4)Burns和Dainton研究了反应Cl2(g)+CO(g)⇌COCl2(g)的动力学,获得其速率方程v=k[c(Cl2)]3/2[c(CO)]m,k为速率常数(只受温度影响),m为CO的反应级数。
①该反应可认为经过以下反应历程:
第一步:
Cl2⇌2Cl 快速平衡
第二步:
Cl+CO⇌COCl 快速平衡
第三步:
COCl+Cl2→COCl2+Cl 慢反应
下列表述正确的是______(填标号)。
A.COCl属于反应的中间产物 B.第一步和第二步的活化能较高
C.决定总反应快慢的是第三步 D.第三步的有效碰撞频率较大
②在某温度下进行实验,测得各组分初浓度和反应初速度如表:
实验序号
c(Cl2)/mol•L-1
c(CO)/mol•L-1
v/mol•L-1•s-1
1
0.100
0.100
1.2×10-2
2
0.050
0.100
4.26×10-3
3
0.100
0.200
2.4×10-2
4
0.050
0.050
2.13×10-3
CO的反应级数m=______,当实验4进行到某时刻,测得c(Cl2)=0.010 mol•L-1,则此时的反应速率v=______ mol•L-1•s-1(已知:
≈0.32)。
6.随着石油资源的日益枯竭,天然气的开发利用越来越受到重视。
CH4/CO2催化重整制备合成气(CO和H2)是温室气体CO2和CH4资源化利用的重要途径之一,并受了国内外研究人员的高度重视。
回答下列问题:
(1)已知:
①CH4(g)+H2O(g)⇌CO(g)+3H2(g)△H1=+205.9 kJ•mol-1
②CO(g)+H2O(g)⇌CO2(g)+H2(g)△H2=-41.2 kJ•mol-1
CH4/CO2催化重整反应为CH4(g)+CO2(g)⇌2CO(g)+2H2(g)△H
该催化重整反应的△H=______ kJ•mol-1.要缩短该反应达到平衡的时间并提高H2的产率可采取的措施为______。
(2)向2L刚性密闭容器中充入2 mol CH4和2 mol CO2进行催化重整反应,不同温度下平衡体系中CH4和CO的体积分数(φ)随温度变化如表所示。
φ
温度
CH4
CO
T1
a
a
T2
c
b
已知b>a>c,则T1______T2(填“>”“<”或“=”)。
T1下该反应的平衡常数K=______(mol2•L-2)
(3)实验硏究表明,载体对催化剂性能起着极为重要的作用,在压强0.03MPa,温度750℃条件下,载休对镍基催化剂性能的影响相关数据如表:
催化剂
载体
转化率/%
尾气组成/%
CH4
CO2
CH4
CO2
CO
H2
Ni
MgO
99.3
87.7
0.8
6.8
50.3
42.1
CaO
58.8
45.8
17.7
18.8
33.7
29.8
CeO2
62.9
57.6
17.2
19.1
34.0
29.7
由上表判断,应选择载体为______(填化学式),理由是______。
(4)现有温度桕同的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个恒压密闭容器,均充入2molCH4(g)和2 molCO2(g)进行反应,三个容器的反应压强分别为p1atm、p2atm、p3atm,在其他条件相同的情况下,反应均进行到tmin时,CO2的体积分数如图所示,此时Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ个容器中一定处于化学平衡状态的是______。
(5)利用合成气为原料合成甲醇,其反应为CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g),在一定温度下查得该反应的相关数据如表所示:
组别
起始浓度/(mol•L-1)
初始速率/(mol•L-1•min-1)
CO
H2
1
0.24
0.48
0.361
2
0.24
0.96
0.720
3
0.48
0.48
0.719
该反应速率的通式为ν正=k正cm(CO)•cn(H2)(k正是与温度有关的速率常数)。
由表中数据可确定反应速率的通式中n=______(取正整数)。
若该温度下平衡吋组别1的产率为25%,则组别1平衡时的v正=______(保留1位小数)。
7.丙烯(C3H6)是重要的有机化工原料。
丙烷直接脱氢制丙烯发生的主要反应及能量变化如图1:
回答下列问题:
(1)丙烷直接脱氢制丙烯为强吸热过程,该反应必须在高温下进行,但温度越高副反应进行程度越大,同时还会降低催化剂的活性和选择性。
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”)。
②温度升高,副反应更容易发生的主要原因是 。
(2)图2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1×104Pa和1×105Pa)。
①1×104Pa时,图2中表示丙烯的曲线是 (填“ⅰ”、“ⅱ”、“ⅲ”或“ⅳ”)。
②1×105Pa、500℃时,若只发生上述主反应和副反应,则达平衡时,丙烷转化为丙烯的转化率为 。
(3)为克服丙烷直接脱氢法的缺点,科学家探索出在无机膜反应器中进行丙烷脱氢制丙烯的技术。
在膜反应器中,利用特定功能膜将生成的氢气从反应区一侧有选择性地及时移走。
与丙烷直接脱氢法相比,该方法的优点是 。
(4)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3。
已知:
CO和H2的燃烧热分别为△H=﹣283.0kJ/mol、△H=﹣285.8kJ/mol。
①反应(ⅰ)的化学方程式为 。
②25℃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 。
8.氮氧化合物是工业生产重要原料,也是大气污染的重要来源,研究氮氧化合物相关反应原理具有重要意义。
回答下列问题:
(1)一步完成的反应称为基元反应,只由基元反应构成的化学反应称为简单反应,两个及以上基元反应构成的化学反应称为复杂反应,复杂反应的速率取决(等)于慢的基元反应速率。
基元反应aA+bB=cC+dD的速率方程为v=k•ca(A)•cb(B),其中k为速率常数。
已知反应NO2+CO=NO+CO2 ,在不同温度下反应机理不同。
①温度高于490K时,上述反应为简单反应,请写出其速率方程______。
②温度高于520K时,该反应是由两个基元反应构成的复杂反应,其速率方程v=k•c2(NO2),已知慢的基元反应的反应物和产物为NO、NO2 、NO3,用方程式表示反应历程。
第一步:
______(慢反应)。
第二步:
______(快反应)。
(2)N2O4(g)=2NO2(g)△H=+57kJ•mol-1该反应是高中和大学化学学习的经典素材。
①对于上述反应下列说法不正确的一项是______(填字母)。
A.恒温恒容,加入N2O4重新达到平衡体系颜色加深
B.恒温恒容,加入NO2重新达到平衡NO2体积分数变大
C.绝热容器中,体系颜色不变,说明该反应处于平衡状态
D.恒温恒压下,加入N2O4重新达到平衡体系颜色不变
②T1K时,向1L真空容器中加入1molN2O4,达到平衡时NO2的平衡产率为20%,则该温度下的平衡常数K=______,达到平衡时吸收的热量为______kJ.某温度下,该反应达到平衡,NO2与N2O4的混合气体总压强为100KPa,密度为同状态下氢气密度的34.5倍,平衡常数KP=______KPa(用平衡分压代替平衡浓度计算)。
③若v(N2O4)=k1•ρ(N2O4)v(NO2)=k2•ρ2(NO2),T2温度下,若k1=k2,则T2______T1(填“高于”或“低于”)。
(3)复杂反应2NO(g)+O2(g)=2NO2(g)由两个基元反应构成,2NO(g)=N2O2(g)(快速平衡)N2O2(g)+O2(g)=2NO2(g)(慢反应),已知快反应为放热反应,其正、逆反应速率常数分别为k1和k2慢反应正、逆反应速率常数分别为k3和k4.若v正=k•c2(NO)•c(O2)则k=______(用k1、k2、k3表示);
9.哈伯法合成氨技术的相关反应为:
N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)△H=-93kJ/mol
(1)试根据表中所列键能数据计算a的数值为______。
化学键
H-H
N-H
N≡N
键能/kJ•mol-1
436
a
945
(2)在600℃下,向2L密闭容器中充入一定量的反应物并开始上述反应,图1表示N2的物质的量随时间的变化曲线。
用H2表示0~10min内该反应的平均速率v(H2)=______,若该温度下K=0.0016L2/mol2,则在10min时c(H2)=______。
(3)在哈伯合成法中,平衡时NH3的体积分数与反应体系的压强(P)、温度(T)的关系如图2.则P1______P2(选填“大于”、“小于”或“不能确定”),其他条件相同,不同压强下在刚开始反应时反应物活化分子浓度较大的是______(选填“P1”、“P2”、“P3”或“不能确定”),在日本的合成氨工业中,选择合成温度为700℃的较高温,试从化学动力学的角度分析其理由是______。
(4)研究表明,合成氨的速率与相关物质的浓度的关系为v=kc(N2)c(H2)3/2c(NH3)-1,k为速率常数。
能使合成氨的速率增大的措施是______。
A.使用更有效的催化剂
B.总压强一定,增大n(N2 )/n(H2)的值
C.升高反应温度
D.按照原来比值增大反应物的浓度
E.将原容器中NH3及时分离出来
(5)如图3是利用NH3催化氧化释放出电能的电池结构示意图(氧化产物为无污染性气体),放电时O2应从______(填“a”或“b”)处通入,该电池负极的电极反应式为______。
10.甲醇是一种可再生能源,由CO2制备甲醇的过程可能涉及的反应如下:
反应Ⅰ:
CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)△H1=-49.58kJ•mol-1
反应Ⅱ:
CO2(g)+H2(g)⇌CO(g)+H2O(g)△H2
反应Ⅲ:
CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g)△H3=-90.77kJ•mol-1
回答下列问题:
(1)反应Ⅱ的△H2=______。
(2)反应Ⅲ能够自发进行的条件是______ (填“较低温度”、“较高温度”或“任何温度”)
(3)恒温,恒容密闭容器中,对于反应Ⅰ,下列说法中能说明该反应达到化学平衡状态的是______。
A.混合气体的密度不再变化 B.混合气体的平均相对分子质量不再变化
C.CO2、H2、CH3OH、H2O的物质的量之比为1:
3:
1:
1 D.甲醇的百分含量不再变化
(4)对于反应Ⅰ,不同温度对CO2的转化率及催化剂的效率影响如图所示,下列有关说法不正确的是______。
A.其他条件不变,若不使用催化剂,则250℃时CO2的平衡转化率可能位于M1
B.温度低于250℃时,随温度升高甲醇的产率增大
C.M点时平衡常数比N点时平衡常数大
D.实际反应应尽可能在较低的温度下进行,以提高CO2的转化率
(5)若在1L密闭容器中充入3molH2和1molCO2发生反应Ⅰ,250℃时反应的平衡常数K=______;若要进一步提高甲醇积分数。
可采取的措施有______。
12.合成气(CO、H2)是一种重要的化工原料气。
合成气制取有多种方法,如煤的气化、天然气部分氧化等。
回答下列问题:
I.合成气的制取
(1)煤的气化制取合成气。
已知:
①H2O(g)====H2O(l)△H=-44kJ/mol;
②部分物质的燃烧热:
则反应C(s)+H2O(g)====CO(g)+H2(g)的△H=___________kJ/mol。
(2)天然气部分氧化制取合成气。
如果用O2(g)、H2O(g)、CO2(g)混合物氧化CH4(g),欲使制得的合成气中CO和H2的物质的量之比为1︰2,则原混合物中H2O(g)与CO2(g)的物质的量之比为___________。
Ⅱ.利用合成气合成乙醇
在一定条件下,向容积为2L的恒容密闭容器中投入2molCO和4molH2,发生反应:
2CO(g)+4H2(g)
CH3CH2OH(g)+H2O(g)。
(1)写出该反应的平衡常数表达式___________。
(2)下列情况能作为判断反应体系达到平衡的标志是___________(填序号)。
a.压强不再变化b.平均摩尔质量不再变化c.密度不再变化
(3)反应起始压强记为p1、平衡后记为p2,平衡时H2的转化率为___________。
(用含p1、P2的代数式表示)
Ⅲ.合成乙醇的条件选择
为探究合成气制取乙醇的适宜条件,某科研团队对不同温度、不同Rh质量分数的催化剂对CO的吸附强度进行了研究,实验数据如图。
CO的非离解吸附是指CO尚未乙醇化,离解吸附是指CO已经乙醇化。
由此可见催化剂温度对CO吸附强度的影响是___________;用Rh作催化剂,合成气制取乙醇的适宜温度是___________。
13.(14分)消除尾气中的NO是环境科学研究的热点课题。
I.NO氧化机理
已知:
2NO(g)+O2(g)===2NO2(g)△H=-110kJ·mol-1
25℃时,将NO和O2按物质的量之比为2:
1充入刚性反应容器中,用测压法研究其反应
的进行情况。
体系的总压强p随时间t的变化如下表所示(忽略NO2与N2O4的转化)
t/min
0
80
160
p/kpa
75.0
63.0
55.0
55.0
(1)0~80min,v(O2)=_____kPa/min;随着反应进行,反应速率逐渐减小的原因是____。
用压强代替浓度所得到的平衡常数用K(p)表示,25℃时,K(p)的值为____(保留3位有效数字)。
(2)查阅资料,对于总反应2NOg)+O2(g)=2NO2(g)有如下两步历程
第一步2NO(g)====N2O2(g)快速反应
第二步N2O2(g)+O2(g)=2NO2(g)慢反应
总反应速率主要由第步决定;若利用分子捕获器适当减少反应容器中的N2O2,总反应的平衡常数K(p)将___(填“增大”、“减小”或“不变”);若提高反应温度至35℃,则体系压强p∞(35℃)______p