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1、备战高考化学二轮 化学反应原理综合考查 专项培优及答案2020-2021备战高考化学二轮 化学反应原理综合考查 专项培优及答案一、化学反应原理综合考查1近年全球气候变暖，造成北极冰川大面积融化，其罪魁之一就是CO2，如何吸收大气中的CO2，变废为宝，是当今化学研究的主题之一。I.二甲醚可用作溶剂、冷冻剂喷雾剂等，科学家提出利用CO2和H2合成二甲醚，反应原理为2CO2(g)+6H2(g) CH3OCH3(g)+3H2O(g) H（1）已知：H2O(g)+CO(g)CO2(g)+H2(g) H1=+42kJ/molCH3OCH3(g)+H2O(g)2CH3OH(g) H2=+24.52kJ/mo

2、lCH3OH(g)CO(g)+2H2(g) H3=+90.73kJ/mol则H=_kJ/mol。（2）一定温度下，在一个2L的密闭容器中充入2molCO2和6molH2发生上述反应，经过5min反应达到平衡，此时容器中压强与起始压强之比为3：4，则用CH3OCH3表示的平均反应速率为_，H2的转化率为_；此时若向体系中再加入2molCO2和1.5molH2O(g)，平衡_移动(填正向、逆向、不)。（3）对于恒温恒容条件下进行的反应，下列说法能说明反应已达平衡的是_。A混合气体密度不发生改变B混合气体的平均相对分子质量不再发生改变Cv(CO)正=v(H2)逆Dn(CO)与n(H2)的比值不变（4

3、）一定温度下，密闭容器中进行的反应，测得平衡时混合物中某物质的体积分数在不同压强下随温度的变化如图所示，则纵坐标表示的物质是_，压强P1_P2(填、 3103 【解析】【分析】【详解】(1)根据盖斯定律，方程式2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)，可用22得到，则H=H12H2H32=(42)2(24.52)(90.73)2kJmol1=289.98kJmol1；(2)根据物质的量比等于压强比，平衡时容器中压强与起始压强之比为3:4，可得平衡时混合气体的物质的量为6mol，设达到平衡时，生成CH3OCH3的物质的量为xmol，有：可得22x+66xx3x=6mol，

4、求解x=0.5mol，可得平衡时CO2、H2、CH3OCH3、H2O的物质的量分别为1mol、3mol、0.5mol、1.5mol；用CH3OCH3表示的平均反应速率；H2的转化率为；平衡常数，若向体系中再加入2molCO2和1.5.molH2O(g)，此时CO2、H2、CH3OCH3、H2O的物质的量分别为3mol、3mol、0.5mol、3mol，则浓度商，可知Qc0，升高温度，平衡正向移动，CH3OH的体积分数减小；则纵坐标表示的物质为CH3OH；增大压强，平衡向气体体积减小的方向移动，即平衡逆向移动，CH3OH的体积分数增大，所以P1P2；(5)根据CaSO4(s)+CO32-(aq)

5、CaCO3(s)+SO42-(aq)，平衡常数。【点睛】问题(2)中，同时加入2molCO2和1.5.molH2O(g)，不能根据勒夏特列原理判断，因此利用浓度商和平衡常数的关系，判断平衡移动方向。2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11、41、71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

6、于”或“小于”）。设HCl初始浓度为c0，根据进料浓度比c(HCl)c(O2)=11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) H1=83 kJmol-1CuCl(s)+O2(g)=CuO(s)+Cl2(g) H2=-20 kJmol-1CuO(s)+2HCl(g)=CuCl2(s)+H2O(g) H3=-121 kJmol-1则4HCl(g)+O2(g)=2Cl2(g)+2

7、H2O(g)的H=_ kJmol-1。（3）在一定温度的条件下，进一步提高HCI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1 mol电子，需消耗氧气_L（标准状况）【答案】大于 O2和Cl2分离能耗较高、HCl转化率较低 116 增加反应体系压强、及时除去产物 Fe3+e=Fe2+，4Fe2+O2+4H+=4Fe3+2H2O 5.6 【解析】【详解】（1）根据反应方程式知，HCl平衡转化率越大，平衡常数K越大，结合图像知

8、升高温度平衡转化率降低，说明升高温度平衡向逆反应方向进行，则K(300)K(400)；由图像知，400时，HCl平衡转化率为84%，用三段式法对数据进行处理得：起始（浓度） c0 c0 0 0变化（浓度） 0.84c0 0.21c0 0.42c0 0.42c0平衡（浓度）(1-0.84)c0 (1-0.21)c0 0.42c0 0.42c0则K=；根据题干信息知，进料浓度比过低，氧气大量剩余，导致分离产物氯气和氧气的能耗较高；进料浓度比过高，HCl不能充分反应，导致HCl转化率较低；（2）根据盖斯定律知，（反应I+反应II+反应III）2得 H=（H1+H2+H3）2=-116kJmol-1；

9、（3）若想提高HCl的转化率，应该促使平衡正向移动，该反应为气体体积减小的反应，根据勒夏特列原理，可以增大压强，使平衡正向移动；也可以及时除去产物，减小产物浓度，使平衡正向移动；（4）电解过程中，负极区即阴极上发生的是得电子反应，元素化合价降低，属于还原反应，则图中左侧为负极反应，根据图示信息知电极反应为：Fe3+eFe2+和4Fe2+O2+4H+4Fe3+2H2O；电路中转移1 mol电子，根据电子得失守恒可知需消耗氧气的物质的量是1mol40.25mol，在标准状况下的体积为0.25mol22.4L/mol5.6L。3秋冬季是雾霾高发的季节，其中汽车尾气和燃煤尾气是造成雾霾的主要原因之一。

10、（1）工业上利用甲烷催化还原NO，可减少氮氧化物的排放。已知：CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)H=-574kJmol1CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)H=-1160kJmol1甲烷直接将NO2还原为N2的热化学方程式为_。（2）汽车尾气催化净化是控制汽车尾气排放、减少汽车尾气污染的最有效的手段，主要原理为2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)H0T时，将等物质的量的NO和CO充入容积为2L的密闭容器中，保持温度和体积不变，反应过程(015min)中NO的物质的量随时间变化如上图所示。已知：平衡时气体的分

11、压气体的体积分数体系的总压强，T时达到平衡，此时体系的总压强为p=20MPa，则T时该反应的压力平衡常数Kp_；平衡后，若保持温度不变，再向容器中充入NO和CO2各0.3mol，平衡将_(填“向左”、“向右”或“不”)移动。15min时，若改变外界反应条件，导致n(NO)发生如图所示的变化，则改变的条件可能是_(填序号)A增大CO浓度B升温C减小容器体积D加入催化剂（3）工业上常采用“碱溶液吸收”的方法来同时吸收SO2，和氮的氧化物气体(NOx)，如用氢氧化钠溶液吸收可得到Na2SO3、NaHSO3、NaNO2、NaNO3等溶液。已知：常温下，HNO2的电离常数为Ka=710-4，H2SO3的

12、电离常数为Ka1=1.210-2、Ka2=5.810-8。常温下，相同浓度的Na2SO3、NaNO2溶液中pH较大的是_溶液。常温下，NaHSO3显_性(填“酸”“碱”或“中”，判断的理由是(通过计算说明)_。（4）铈元素(Ce)是镧系金属中自然丰度最高的一种，常见有+3、+4两种价态。雾霾中含有大量的污染物NO，可以被含Ce4+的溶液吸收，生成NO2-、NO3-（二者物质的量之比为11)。可采用电解法将上述吸收液中的NO2-转化为无毒物质，同时再生Ce4+，其原理如图所示。Ce4+从电解槽的_(填字母代号)口流出。写出阴极的电极反应式：_。【答案】CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+C

13、O2(g)+2H2O(g) H=-867kJmol1 0.0875(MPa)-1或(MPa)-1 不 AC Na2SO3 酸 因为HSO3-的电离常数Ka2=5.810-8，水解常数Kh=8.310-13，电离常数大于水解常数，所以溶液显酸性 a 2NO2-+8H+6e=N2+4H2O 【解析】【分析】(4)电解过程中Ce3+在阳极失电子，变为Ce4+，则b进Ce3+，a出Ce4+，NO2-在阴极得电子变为N2，则d进NO2-，c出N2。【详解】(1)CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) H1=-574kJmol1CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+C

14、O2(g)+2H2O(g) H2=-1160kJmol1得：CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) H=-867kJmol1，故答案为：CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) H=-867kJmol1；(2)由图可知，NO起始物质的量为0.4mol，0到15min共减少了0.2mol，则，平衡时p(NO)= 20MPa=MPa，同理可得：p(CO)=MPa，p(N2)=MPa，p(CO2) =MPa，所以Kp=0.0875(MPa)-1或(MPa)-1。再向容器中充入NO和CO2各0.3mol，加入的NO和CO2物质的量相等，那么

15、二者引起压强增大量相等，假设二者引起的压强增量分别为p，则Qc=(MPa)-1，Qc=Kp，平衡不移动，故答案为：0.0875(MPa)-1或(MPa)-1；不；由图可知NO物质的量减小，说明平衡正向移动。A增大CO浓度，平衡正向移动，NO物质的量减小，A正确；B升温，平衡逆向移动，NO物质的量增大，B错误；C减小容器体积，等同于增大压强，平衡正向移动，NO物质的量减小，C正确；D加入催化剂，反应速率增大，但平衡不移动，NO物质的量不变，D错误；故答案为：AC；(3)HNO2的电离常数为Ka=710-4，H2SO3的电离常数为Ka1=1.210-2、Ka2=5.810-8可知，HNO2的酸性强

16、于HSO3-的酸性，则NO2-的水解程度小于SO32-，所以相同浓度的Na2SO3、NaNO2溶液，Na2SO3的碱性更强，pH更大，故答案为：Na2SO3；HSO3-+H2OH2SO3，Ka2Kh=Kw，故HSO3-的水解常数Kh=8.310-13，又因为HSO3-的电离常数Ka2=5.810-8，所以，HSO3-的电离常数大于水解常数，常温下，NaHSO3显酸性，故答案为：酸；因为HSO3-的电离常数Ka2=5.810-8，水解常数Kh=8.310-13，电离常数大于水解常数，所以溶液显酸性；(4)生成Ce4+，则Ce3+-e-= Ce4+，Ce4+在阳极生成，从a口流出，故答案为：a；N

17、O2-转化为无毒物质，则NO2-在阴极得电子，转化为N2，结合电子得失守恒、电荷守恒可得阴极电极反应为：2NO2-+8H+6e=N2+4H2O，故答案为：2NO2-+8H+6e=N2+4H2O。【点睛】KaKh=Kw，越弱越水解。4含氮化合物对环境、生产和人类生命活动等具有很大的影响。请按要求回答下列问题：（1）利用某分子筛作催化剂，NH3可脱除工厂废气中的NO、NO2，反应机理如图所示。A包含的物质为H2O和_(填化学式)。（2）研究氮氧化物与悬浮在大气中的海盐粒子的相互作用时，涉及如下反应：2NO2(g)+NaCl(g)=NaNO3(g)+ClNO(g) H102NO(g)+Cl2(g)=

18、2ClNO(g) H20。在一定温度下，向2L密闭容器中加入nmolCH4和2molNH3平衡时NH3体积分数随n变化的关系如图所示。a点时，CH4的转化率为_%；平衡常数：K(a)_K(b)(填“”“=”或“”)。（4）肌肉中的肌红蛋白(Mb)与O2结合生成MbO2，其反应原理可表示为Mb(aq)+O2(g)MbO2(aq)，该反应的平衡常数可表示为K=，在一定条件下达到平衡时，测得肌红蛋白的结合度()=100%与p(O2)的关系如图所示。研究表明正反应速率V正=k正c(Mb)p(O2)，逆反应速率V逆=k逆c(MbO2)(其中k正和k逆分别表示正反应和逆反应的速率常数)。试写出平衡常数K与

19、速率常数k正、k逆的关系式：K=_(用含有k正、k逆的式子表示)。试求出图中c(4.50，90)点时，上述反应的平衡常数K=_kPa-1。已知k逆=60s-1，则速率常数k正=_skPa-1。【答案】N2 2H1-H2 因反应为放热反应且反应容器为绝热容器，随着反应正向进行，体系的温度升高，t3-t4时间段温度升高使平衡逆向移动，转化率降低 25 = 2 120 【解析】【分析】【详解】(1)由图示可得到方程(NH4)2(NO2)2+NO=(NH4)(HNO2)+A+H+，根据化学反应前后原子种类和数目不变可知，A为H2O和N2，故答案为：N2；(2)根据盖斯定律，由反应2-可得4NO2(g)

20、+2NaCl(g)=2NaNO3(g)+2NO(g)+Cl2(g)，则H=2H1-H2，因反应为放热反应且反应容器为绝热容器，随着反应正向进行，体系的温度升高，t3-t4时间段温度升高使平衡逆向移动，NO2的转化率降低，故答案为：2H1-H2；因反应为放热反应且反应容器为绝热容器，随着反应正向进行，体系的温度升高，t3-t4时间段温度升高使平衡逆向移动，转化率降低；(3)a点时，n(CH4)=2mol，平衡时NH3的体积分数为30%，设转化的CH4的物质的量为x，列三段式有：则有，解得x=0.5，则CH4的转化率为，由于a点和b点的温度相同，所以K(a)=K(b)，故答案为：25%；=；(4)

21、已知正反应速率v正=k正c(Mb)P(O2)，逆反应速率v逆=k逆c(MbO2)，平衡时，v正=v逆，则k正c(Mb)P(O2)= k逆c(MbO2)，即，故答案为：；由图可知，c点时，P(O2)=4.5kPa，则生成的c(MbO2)=0.9c(Mb)初始，平衡时c(Mb)=0.1 c(Mb)初始，则，已知K逆=60s-1，又，则速率常数k正=120s-1kPa-1，故答案为：2；120。5甲烷催化裂解、氧气部分氧化和水煤气重整是目前制氢的常用方法。回答下列问题：(1)甲烷隔绝空气分解，部分反应如下：.CH4(g)=C(s)+2H2(g) H1=+74.9kJ/mol.6CH4(g)=C6H6

22、(g)+9H2(g) H2=+531kJ/mol.2CH4(g)=C2H4(g)+2H2(g) H3=+202kJ/mol反应I的S_(填“”或“”)0。的 H=_kJ/mol。(2)CH4用水蒸气重整制氢包含的反应为：.水蒸气重整：.水煤气变换：平衡时各物质的物质的量分数如图所示：为提高CH4的平衡转化率，除压强、温度外，还可采取的措施是_(写一条)。温度高于T1时，CO2的物质的量分数开始减小，其原因是_。T2时，容器中_。(3)甲烷部分氧化反应为。已知甲烷部分氧化、甲烷水蒸气重整、水煤气变换反应的平衡常数的自然对数lnKp与温度的关系如图所示：图中Q点时，反应的InKp=_。在某恒压密闭

23、容器中充入lmol CH4和1mol H2O(g)在某温度下发生水蒸气重整反应达到平衡时，CH4的转化率为50%，容器总压强为1 atm。H2的平衡分压p(H2)=_atm；此温度下反应的lnKp=_(已知；ln3l.1，ln4l.4)。【答案】 +75 增大起始时(或及时从产物中分离出氢气) 反应为放热反应，从T1升高温度，平衡向逆反应方向移动的因素大于CO浓度增大向正反应方向移动的因素，净结果是平衡逆向移动 7(或7:1) 0 0.5 -0.3 【解析】【分析】【详解】(1)气体体积增大的过程为熵增的过程，熵增过程S大于0，反之小于0，反应I为CH4(g)=C(s)+2H2(g)，气体物质

24、的量增大，混乱度增大，属于熵增的过程，S0；已知：.6CH4(g)=C6H6(g)+9H2(g) H2=+531kJ/mol.2CH4(g)=C2H4(g)+2H2(g) H3=+202kJ/mol根据盖斯定律，3-可得：C6H6(g)+3H2(g)=3C2H4(g) H=(+202kJ/mol)3-(+531kJ/mol)=+75 kJ/mol；(2)为提高CH4的平衡转化率，即要让反应向正向进行，除压强、温度外，还可将生成的氢气从产物中分离出去，或增大起始时的；反应是吸热反应，升高温度，平衡正向移动，CO的浓度增大，反应为放热反应，升高温度，反应逆向进行，CO2的量减少，出现如图所示CO2

25、的物质的量分数开始减小，说明T1升高温度，平衡向逆向移动的因素大于CO浓度增大向正向移动的因素，结果是平衡逆向移动；根据图像，T2时，容器中一氧化碳和二氧化碳的物质的量分数相等，设T2时，二氧化碳的物质的量为x，列三段式：根据上述分析，T2时，n(H2)=6x+x=7x，n(CO2)=x，则=7；(3)图中Q点时，甲烷水蒸气重整、水煤气变换反应的平衡常数的自然对数lnKp相等，即压强平衡常数相等，则，可得=1；则反应的压强平衡常数Kp=1，则lnKp=ln1=0；在某恒压密闭容器中充入lmol CH4和1mol H2O(g)在某温度下发生水蒸气重整反应达到平衡时，CH4的转化率为50%，容器总

26、压强为1atm。根据反应，则平衡时n(CH4)=lmol-lmol50%=0.5mol，n(H2O)= lmol -lmol50%=0.5mol，n(CO)=0.5mol，n(H2)=30.5mol=1.5mol，根据分压=总压物质的量分数，则H2的平衡分压p(H2)=1atm=0.5 atm，用压强表示该反应的平衡常数Kp=，则lnKp=ln= ln3- ln4=1.1-1.4=-0.3。6氯气是现代工业的重要原料，将氯化氢转化为氯气的技术成为科学研究的热车点，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)。可按下列催化过程进行

27、：.CuCl2(s)=CuCl(s)+Cl2(g) H1=+83kJmol-1.CuCl(s)+O2(g)=CuO(s)+Cl2(g) H2=-20kJmol-1.4HCl(g)+O2(g)=2Cl2(g)+2H2O(g) H3反应能自发进行的条件是_。利用H1和H2计算H3时，还需要利用反应_的H。（2）如图为刚性容器中，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（400）_K（500）（填“大于”或“小于”）。设容器内初始压强为p0，根据进料浓度比c(HCl)：c(O2)=4：1的数据，计算400时容器内的平衡压强=_（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_。（3）已知：氯气与NaOH溶液反应可生成NaClO3。有研究表明，生成NaClO3的反应分两步进行：.2Cl