高考化学化学反应原理综合考查大题培优附答案解析.docx

1、高考化学化学反应原理综合考查大题培优附答案解析高考化学化学反应原理综合考查(大题培优)附答案解析一、化学反应原理综合考查1以天然气为原料合成氨是现代合成氨工业发展的方向与趋势（一）天然气与氮气为原料，以固态质子交换膜为电解质，在低温常压下通过电解原理制备氨气如图所示：写出在阴极表面发生的电极反应式：_。（二）天然气为原料合成氨技术简易流程如下：一段转化主要发生的反应如下:CH4（g） +H2O（g） CO（g）+3H2（g） H1 = 206 kJmol1CO（g） + H2O（g） CO2（g） + H2（g） H2 = -41 kJmol1二段转化主要发生的反应如下:2CH4（g）+ O2

2、（g） 2CO（g）+4H2（g） H3 = -71.2 kJmol12CO（g） + O2（g） 2CO2（g） H4 = -282 kJmol1（1）已知CO中不含C=O，HH的键能为436 kJmol1，HO的键能为463 kJmol1，CH的键能为414 kJmol1，试计算C=O的键能_。（2）实验室模拟一段转化过程，在800oC下，向体积为1L的恒容密闭反应器中，充入1mol的CH4与1mol的H2O，达到平衡时CH4的转化率为40%，n（H2）为1.4mol，请计算反应的平衡常数_。（3）下列说法正确的是_。A合成氨过程实际选择的温度约为700，温度过高或过低都会降低氨气平衡产率

3、B上述工业流程中压缩既能提高反应速率又能提高合成氨的产率C二段转化释放的热量可为一段转化提供热源，实现能量充分利用D二段转化过程中，需严格控制空气的进气量，否则会破坏合成气中的氢氮比（4）已知催化合成氨中催化剂的活性与催化剂的负载量、催化剂的比表面积和催化反应温度等因素有关，如图所示：实验表明相同温度下，负载量5%催化剂活性最好，分析负载量9%与负载量1%时，催化剂活性均下降的可能原因是_。在上图中用虚线作出负载量为3%的催化剂活性变化曲线_。【答案】N2+6H+6e- = 2NH3 799.5kJmol1 3.5 BCD 负载量1%时，则负载量过低导致催化活性降低，负载量9%负载量虽高但催化

4、剂的比表面积会降低而使催化活性降低 【解析】【分析】【详解】(一)与外电源负极相连的为电解池阴极，发生还原反应，装置中N2转化为NH3，所以阴极表面发生的电极反应：N2+6H+6e-=2NH3，故答案：N2+6H+6e- = 2NH3；(二)(1)根据盖斯定律可知将反应+得到：CH4(g)+2H2O(g)=CO2(g)+4H2(g) H =165kJ/mol，H=4E(C-H)+4E(O-H)-2E(C=O)-4E(H-H)=4414kJ/mol+4463kJ/mol-2E(C=O)-4436kJ/mol=165kJ/mol，可得E(C=O)=799.5kJ/mol，故答案为：799.5kJ/

5、mol；(2)发生的反应为 CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g) H1 = 206 kJmol1解得x=0.2mol/L。反应的平衡常数K=3.5，故答案：3.5；(3)A合成氨的反应为放热过程，温度升高降低平衡转化率，故A错误；B压缩相当于加压，反应向气体分子数减少方向移动，加压有利于反应正向进行，所以上述工业流程中压缩既能提高反应速率又能提高合成氨的产率，故B正确；C一段过程主要为吸热过程，二段主要过程为放热过程，因此可以通过传热装置转化释放的热量，可为一段反应转化提供热源，实现能量充分利用，故C正确；D二段过程中主要是有O2参加反应，可通过空气来提供反应所需要的O2，但需

6、严格控制空气的进气量，否则会发生其余副反应，破坏合成气中的氢氮比，故D正确；故答案为：B、C、D；(4)负载量较低时，提供催化活性中心的活性位点不足，可能导致催化剂活性不够，负载量过高，催化剂的比表面积会降低，导致催化剂活性中心位点过于拥挤，可能导致空间坍塌影响催化活性，故答案为：负载量1%时,则负载量过低导致催化活性降低,负载量9%负载量虽高但催化剂的比表面积会降低而使催化活性降低；负载量为3%小于负载量5%，并且已知负载量1%时活性低于5%负载量，负载量为9%时高于负载量为1%的催化剂活性，但1%的负载量与9%的负载量所体现的催化活性及其接近，可推知低负载量对于催化剂活性的影响较之于高负载

7、量对于催化剂活性的影响更大，则3%负载量的催化剂活性应介于5%与9%之间的负载量之间的活性，所以作图为：，故答案：。2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：CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g) H1=+206.2kJmol-1CH4(g)+O2(g)=CO(g)+2H2(g) H2=-35.4kJmol-1CH4(g)+2H2O(g)=CO2(g)+4H2(g) H3=+165.0kJmol-1（1）CH4(g)与CO2(g)反应生成CO(g)和H2(g

8、)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。0V33.6L时，负极电极反应式为_。33.6L73.76c.反应开始时，两容器中反应的化学反应速率相等d.平衡时，容器中N2的转化率：t2（5）如图是在反应器中将N2和H2按物质的量之比为13充入后，在200、400、600下，反应达到平衡时，混合物中NH3的体积分数随压强的变化曲线。曲线a对应的温度是_。图中M、N、Q点平衡常数K的大小关系是_。M点对应的H2转化率是_。【答案

9、】CH4(g)CO2(g)=2CO(g)2H2(g) H=247.4kJmol-1 CH48e-10OH-=CO32-7H2O CH42O2Na2CO3=2NaHCO3H2O c(Na+)c(HCO3-)c(CO32-)c(OH-)c(H+) molL-1min-1 bde 200 KQ=KMKN 75% 【解析】【分析】(1)由盖斯定律计算；(2)从原料和能量角度进行分析；(3)由于燃料电池中电解液(氢氧化钠溶液)中n(NaOH)3 mol，因此燃料电池放电时，当负极消耗标准状况下甲烷体积不同时，负极反应式不同，由消耗甲烷体积推断发生的反应和生成物，据此进行分析；(4)由题意知产生1 mol

10、 NH3，放出46.1 kJ的热量，结合容器中放出的热量可得其中反应生成的氨气的物质的量，求出用氨气表示的反应速率，由反应方程式的化学计量数关系知，相同时间内用氢气表示的反应速率是氨气的1.5倍，可得用氢气表示的反应速率v(H2)；a根据等效平衡的思想，判断平衡移动的方向；b根据等效平衡的思想，判断平衡移动的方向，进而判断容器中Q范围；c由于两容器初始时反应物浓度不等，故化学反应速率不等；d根据等效平衡的思想，判断平衡移动的方向，进行分析；e容器相当于在容器的基础上加压，其反应物浓度高，反应速率快；(5)合成氨反应是体积减小的放热反应，因此温度高反应速率快，但达到平衡时氨的含量低，增加压强达到

11、平衡时氨的含量变大，因此在坐标图中向横坐标作垂线交于3个曲线，根据同压下不同温度时平衡时氨的含量，可以判断曲线的温度高低；合成氨反应为放热反应，反应温度越高，越不利于反应的进行，曲线a的NH3的物质的量分数最高，其反应温度应相对最低；Q、M点的温度相等(均为400 )，平衡常数相等，N点在温度为600 的曲线上，合成氨是放热反应，温度越高平衡常数越小；在M点NH3的物质的量分数为60%，又按n(N2)：n(H2)1：3投料，设氢气的转化率为x，根据化学反应的物质的量关系进行计算。【详解】(1)由盖斯定律，将反应2得：CH4(g)CO2(g)=2CO(g)2H2(g)H247.4 kJmol1；

12、(2)题给3个反应生产水煤气，从原料角度看都易得，但从能量角度看，反应和是吸热反应，反应是放热反应，所以反应比较适合应用于生产；(3)由于燃料电池中电解液(氢氧化钠溶液)中n(NaOH)3 mol，因此燃料电池放电时，当负极消耗标准状况下甲烷0V33.6 L时，即生成n(CO2)1.5 mol，生成碳酸钠，负极反应式为CH48e10OH=CO7H2O；当消耗标准状况下甲烷33.6 Lc(HCO)c(CO)c(OH)c(H)；(4)由题意知产生1 mol NH3，放出46.1 kJ的热量，结合容器中放出的热量可得，其中反应生成的氨气的物质的量为0.8 mol，则用氨气表示的反应速率为molL1m

13、in1，由反应方程式的化学计量数关系知，相同时间内用氢气表示的反应速率是氨气的1.5倍，则用氢气表示的反应速率v(H2)molL1min1；a由于容器和容积相等，但初始加入的反应物的量后者是前者的2倍，相当于增大压强，而合成氨反应是气体体积减小的反应，增大压强平衡向右移动，因此，平衡时容器中氢气的体积分数大于容器，a项错误；b反应达到平衡状态时容器中Q236.88，b项正确；c由于两容器初始时反应物浓度不等，故化学反应速率不等，c项错误；d压强大的容器中反应物的转化率大，d项正确；e容器相当于在容器的基础上加压，其反应物浓度高，反应速率快，因此容器比容器先达到平衡状态，e项正确；故答案选bde

14、；(5)合成氨反应是体积减小的放热反应，因此温度高反应速率快，但达到平衡时氨的含量低，增加压强达到平衡时氨的含量变大，因此在坐标图中向横坐标作垂线交于3个曲线，根据同压下不同温度时平衡时氨的含量，可以判断曲线的温度高低；合成氨反应为放热反应，反应温度越高，越不利于反应的进行，曲线a的NH3的物质的量分数最高，其反应温度应相对最低，由此可判断曲线a对应的温度是200 ；Q、M点的温度相等(均为400 )，平衡常数相等，N点在温度为600 的曲线上，合成氨是放热反应，温度越高平衡常数越小，因此有：KQKMKN；在M点NH3的物质的量分数为60%，又按n(N2)：n(H2)1：3投料，设氢气的转化率

15、为x，则平衡时各物质的量为n(N2)(1x) mol，n(H2)3(1x) mol，n(NH3)2x mol，则有100%60%，得x0.75，即H2的转化率为75%。【点睛】本题在解答(4)题时，注意要应用等效平衡的思想，判断平衡移动方向以及对化学反应速率的影响，此为解题难点。3利用碳和水蒸气制备水煤气的核心反应为：C(s)H2O(g)H2(g)CO(g)(1)已知碳(石墨)、H2、CO的燃烧热分别为393.5kJmol1、285.8kJmol1、283kJmol1，又知H2O(l)=H2O(g)H44kJmol1，则C(s)H2O(g)CO(g)H2(g)H_。(2)在某温度下，在体积为1

16、L的恒容密闭刚性容器中加入足量活性炭，并充入1mol H2O(g)发生上述反应，反应时间与容器内气体总压强的数据如表：时间/min010203040总压强/100kPa1.01.21.31.41.4平衡时，容器中气体总物质的量为_mol，H2O的转化率为_。该温度下反应的平衡分压常数Kp_kPa(结果保留2位有效数字)。(3)保持25、体积恒定的1L容器中投入足量活性炭和相关气体，发生可逆反应CH2O(g)COH2并已建立平衡，在40 min时再充入一定量H2，50min时再次达到平衡，反应过程中各物质的浓度随时间变化如图所示：40min时，再充入的H2的物质的量为_mol。4050 min内

17、H2的平均反应速率为_molL1min1。(4)新型的钠硫电池以熔融金属钠、熔融硫和多硫化钠(Na2Sx)分别作为两个电极的反应物，固体Al2O3陶瓷(可传导Na)为电解质，其原理如图所示：放电时，电极A为_极，S发生_反应（填“氧化”或“还原”）。充电时，总反应为Na2Sx=2NaSx(3x5)，Na所在电极与直流电源_极相连，阳极的电极反应式为_。【答案】131.3 kJmol1 1.4 40% 27 6 0.1 负 还原 负 Sx2-2e-=Sx 【解析】【分析】【详解】(1)已知碳(石墨)、H2、CO的燃烧热分别为393.5kJmol1、285.8kJmol1、283kJmol1，则C

18、(s)O2(g)CO2(g)H393.5kJmol1O2(g)H2(g)H2O(l)H285.8kJmol1CO(g)O2(g)CO2(g)H283kJmol1H2O(l)=H2O(g)H44kJmol1根据盖斯定律可知即得到C(s)H2O(g)CO(g)H2(g)H131.3 kJmol1。(2)根据方程式可知压强之比是物质的量之比，则(1x+x+x):11.4:1，解得x0.4；根据以上分析可知平衡时，容器中气体总物质的量为1.4mol，H2O的转化率为40%。该温度下反应的平衡分压常数Kp27kPa。(3)设50min时H2的物质的量为x mol，温度不变平衡常数不变，由于容积是1L，则

19、根据图像可知平衡常数K=，解得x8，由于CO的变化量是1mol，所以40min时再充入的H2的物质的量为8mol+1mol3mol6mol。由于氢气的变化量是1mol，所以4050 min内H2的平均反应速率为0.1molL1min1。(4)放电时钠失去电子，则电极A为负极，电极B是正极，则S发生还原反应。放电时钠失去电子，则电极A为负极，充电时，Na所在电极是阴极，与直流电源负极相连；阳极发生失去电子的氧化反应，则根据总反应为Na2Sx=2NaSx(3x5)可知，阳极电极反应式为Sx2-2e-=Sx。4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

20、）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：.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

21、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：.2ClO-=ClO2-+Cl-.ClO2-+ClO-=ClO3-+Cl-常温下，反应能快速进行，但氯气与NaOH溶液反应很难得到NaClO3，试用碰撞理论解释其原因：_。（4）电解NaClO3水溶液可制备NaClO4，写出阳极反应式：_

22、。【答案】高温 CuO（s）+2HCl（g）CuCl2（s）+H2O（g） 大于 0.848p0 Cl2和O2分离能耗较高、HCl转化率较低 反应的活化能高，活化分子百分数低，不利于ClO向ClO3转化 ClO3H2O2e=ClO42H 【解析】【分析】【详解】（1）.CuCl2(s)=CuCl(s)+Cl2(g) H1=+83kJmol-1，S0，则要G=H-TS0，须高温条件下才能自发；.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)+

23、2H2O(g) H3利用H1和H2计算H3时，由盖斯定律，（-2-2）/2得：还需要利用反应CuO（s）+2HCl（g）CuCl2（s）+H2O（g）的H。故答案为：高温；CuO（s）+2HCl（g）CuCl2（s）+H2O（g）；（2）根据图象可知，进料浓度比相同时，温度越高HCl平衡转化率越低，说明该反应为放热反应，升高温度平衡向着逆向移动，则温度越高平衡常数越小，所以反应平衡常数K（400）大于K（500）；进料浓度比c（HCl）：c（O2）的比值越大，HCl的平衡转化率越低，根据图象可知，相同温度时HCl转化率最高的为进料浓度比c（HCl）：c（O2）=4：1，该曲线中400HCl的平

24、衡转化率为76%。则 p= p0=0.848p0；进料浓度比c（HCl）：c（O2）过低时，O2浓度较大，HCl的转化率较高，但Cl2和O2分离能耗较高，生成成本提高；进料浓度比c（HCl）：c（O2）过高时，O2浓度较低，导致HCl的转化率减小；故答案为：大于；p= p0=0.848p0；Cl2和O2分离能耗较高、HCl转化率较低；（3）生成NaClO3的反应分两步进行：.2ClO-=ClO2-+Cl-，.ClO2-+ClO-=ClO3-+Cl-，常温下，反应能快速进行，但氯气与NaOH溶液反应很难得到NaClO3，用碰撞理论解释其原因：反应的活化能高，活化分子百分数低，不利于ClO向ClO

25、3转化；故答案为：反应的活化能高，活化分子百分数低，不利于ClO向ClO3转化；（4）电解NaClO3水溶液可制备NaClO4，阳极发生氧化反应生成ClO4，阳极反应式：ClO3H2O2e=ClO42H。故答案为：ClO3H2O2e=ClO42H。【点睛】本题考查化学平衡计算、盖斯定律应用及电解原理等知识，明确化学平衡及其影响为解答关键，难点（2）注意掌握盖斯定律内容及三段式在化学平衡计算中的应用，试题侧重考查学生的分析、理解能力及综合应用能力。5工业上用CO、CO2均可以生产甲醇。CO在一定条件下发生反应：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)。（1）图1是反应时CO和CH3OH(g)的浓

26、度随时间变化情况。从反应开始到平衡，用H2浓度变化表示平均反应速率v(H2)=_；（2）图2表示该反应进行过程中能量的变化，请根据图像写出反应的热化学方程式：_；（3）在载人航天器的生态系统中，不仅要求分离去除CO2，还要求提供充足的O2。某种电化学装置可实现如下转化：2CO2=2CO+O2，CO可用作燃料。已知该反应的阳极反应为：4OH-4e-=O2+2H2O，则阴极反应式为：_；（4）一种甲醇燃料电池，使用的电解质溶液是2molL-1的KOH溶液。请写出加入(通入)a物质一极的电极反应式_。【答案】0.15mol/(Lmin) CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) H=91kJ/mol

27、 2CO2+2H2O+4e-=2CO+4OH- CH3OH+8OH-6e-=CO32-+6H2O 【解析】【分析】(1)依据速率公式进行计算；(2)根据热化学反应方程式的特点进行分析解答；(3)根据电解池工作原理和氧化还原反应规律书写电解反应式；(4)根据燃料电池的特点，燃料做负极来书写电解反应式。【详解】(1)由图1可知，CO是反应物，变化量为0.75 mol/L，根据CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)反应可知，H2的浓度变化量为1.5 mol/L，所以从反应开始到平衡，用H2浓度变化表示平均反应速率v(H2)=0.15mol/(Lmin)，故答案：0.15mol/(Lmin)；(2)

28、由图2可知，反应物为：1molCO(g)和2molH2(g)反应，生成1mol CH3OH(g)放出91kJ热量，所以该反应的热化学方程式：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) H=91kJ/mol，故答案：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) H=91kJ/mol；(3)已知该反应的阳极反应为：4OH-4e-=O2+2H2O，总反应方程式为：2CO2=2CO+O2，所以阴极反应式为：2CO2+2H2O+4e-=2CO+4OH-，故答案：2CO2+2H2O+4e-=2CO+4OH-；（4）根据电子移动方向可知，a为负极，充入的是甲醇燃料，失电子发生氧化反应，其电极反应式为CH3OH+8O