高三化学考前突破训练《化学反应原理综合题》.docx

1、高三化学考前突破训练化学反应原理综合题2020届高三化学考前冲刺突破：化学反应原理综合题跟踪监检测1丙烯(C3H6)是重要的有机化工原料。丙烷脱氢制丙烯发生的主要反应及能量变化如图。(1)丙烷脱氢制丙烯为强吸热过程。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”，下同)，转化率(C3H8)_。 温度升高，副反应更容易发生的主要原因是_。(2)如图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104 Pa和105 Pa)。104 Pa时，图中表示丙烯的曲线是_(填“”“”“”或“”)。 104 Pa、500 时，主

2、反应用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp_(已知：气体分压气体总压体积分数)。 (3)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。已知：CO和H2的燃烧热分别为H 283.0 kJmol1、H 285.8 kJmol1。图中催化剂为_。 298 K 时，该工艺总反应的热化学方程式为_。 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_。解析：(1)由图可知，丙烷脱氢制丙烯为吸热反应：C3H8(g) C3H6(g)H2(g)H124.3 kJmol1，恒压时若向原料气中掺入水蒸气，体系温度升高，平衡向正反应方向移动，

3、化学平衡常数K增大，丙烷的转化率增大。由图可知，副反应的活化能低于主反应的活化能，温度升高，活化能较低的副反应更容易发生。(2)丙烷脱氢制丙烯为气体体积增大的反应，增大压强，平衡向逆反应方向移动，丙烯的平衡体积分数减小；该反应为吸热反应，温度升高，平衡向正反应方向移动，故曲线代表104 Pa时丙烯的平衡体积分数。104 Pa、500 时，丙烯的平衡体积分数为33%，设起始丙烷为1 mol，转化率为x，由题意建立如下三段式：C3H8(g) C3H6(g)H2(g)起(mol)1 0 0变(mol)x x x平(mol)1x x x则由丙烯的平衡体积分数为33%可得，0.33，解得x0.5，丙烷、

4、丙烯和氢气的分压均为104 Pa，则用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp104 Pa3.3103 Pa。(3)由图可知，反应为3C3H82CrO3 3C3H6Cr2O33H2O，反应为3CO2Cr2O3 2CrO33CO，则催化剂为CrO3。由题意可得H2(g)O2(g)=H2O(l) H 285.8 kJmol1，CO(g)O2(g)=CO2 (g) H 283.0 kJmol1，C3H8(g) C3H6(g)H2(g) H124.3 kJmol1，由盖斯定律得热化学方程式为C3H8(g)CO2(g) C3H6(g)CO(g)H2O(l)，则H (124.3 kJmol1)(285.

5、8 kJmol1)(283.0 kJmol1)121.5 kJmol1。该工艺中碳与CO2反应生成CO，可以有效消除催化剂表面的积炭，维持催化剂活性。答案：(1)增大增大副反应的活化能低于主反应的活化能(2)3.3103 Pa(3)CrO3C3H8(g)CO2(g) C3H6(g)CO(g)H2O(l)H 121.5 kJmol1碳与CO2反应生成CO，脱离催化剂表面2汽车发动机工作时会产生包括CO、NOx等多种污染气体，涉及如下反应： N2(g)O2(g) 2NO(g)2NO(g)O2(g) 2NO2(g)NO2(g)CO(g) CO2(g)NO(g)弄清上述反应的相关机理，对保护大气环境意

6、义重大，回答下列问题：(1)请根据下表数据填空：N2(g)O2(g) 2NO(g)H_。物质N2O2NO能量(kJ)946497811.25(断开1 mol物质中化学键所需要的能量)(2)实验测得反应2NO(g)O2(g) 2NO2(g)H0的即时反应速率满足以下关系式：v正k正c2(NO)c(O2)；v逆k逆c2(NO2)，k正、k逆为速率常数，受温度影响。温度为T1时，在1 L的恒容密闭容器中，投入0.6 mol NO和0.3 mol O2，达到平衡时O2为0.2 mol；温度为T2时，该反应存在k正k逆，则T1_ (填“大于”“小于”或“等于”)T2 。研究发现该反应按如下步骤进行：第一

7、步：NONON2O2快速平衡第二步：N2O2O22NO2慢反应其中可近似认为第二步反应不影响第一步的平衡，第一步反应中：v1正k1正c2(NO)；v1逆k1逆c(N2O2)。下列叙述正确的是_。A同一温度下，平衡时第一步反应的越大，反应正向进行的程度越大B第二步反应速率低，因而转化率也低C第二步的活化能比第一步的活化能低D整个反应的速率由第二步反应速率决定(3)科学家研究出了一种高效催化剂，可以将CO和NO2两者转化为无污染气体，反应方程式为2NO2(g)4CO(g)=4CO2(g)N2(g)H0。某温度下，向10 L密闭容器中分别充入0.1 mol NO2和0.2 mol CO，发生上述反应

8、，随着反应的进行，容器内的压强变化如下表所示：时间/min024681012压强/kPa7573.471.9570.769.768.7568.75回答下列问题：在此温度下，反应的平衡常数Kp_ kPa1(Kp为以分压表示的平衡常数，计算结果精确到小数点后2位)；若保持温度不变，再将CO、CO2气体浓度分别增加一倍，则平衡_(填“右移”“左移”或“不移动”)。若将温度降低，再次平衡后，与原平衡相比体系压强(p总)如何变化？_(填“增大”“减小”或“不变”)，原因是_。解析：(1)计算出N2(g)O2(g) 2NO(g)的HE(反应物键能)E(生成物键能)(946497811.252) kJ/mo

9、l179.5 kJ/mol。(2)温度为T1时：2NO(g)O2(g) 2NO2(g)开始(mol/L)0.60.30转化(mol/L)0.20.10.2平衡(mol/L)0.40.20.2则温度为T1时，平衡常数K11.25，由于平衡时v正v逆，不难推出平衡常数等于速率常数之比，即K11.25；温度为T2时，该反应存在K21，K2K1，由于反应为放热反应，温度越高平衡常数越小，所以T1T2。由分析可知，当第一步反应达平衡状态时，v1正v1逆，由于速率常数之比实际上就是平衡常数，平衡常数越大，反应正向进行的程度越大，A正确；反应速率快慢与转化率之间无因果关系，B错误；相同温度下，第一步反应快速

10、达到平衡，第二步是慢反应，所以第二步活化能比第一步高，C错误；整个反应的化学反应速率由第二步慢反应决定，D正确。(3)向10 L密闭容器中分别充入0.1 mol NO2和0.2 mol CO，反应10 min达到平衡，体系内压强由75 kPa减少到68.75 kPa，则反应中各物质的浓度变化为2NO2(g)4CO(g) 4CO2(g)N2(g)H0开始(mol/L) 0.01 0.02 0 0转化(mol/L) 2x 4x 4x x平衡(mol/L) 0.012x 0.024x 4x x根据，解得x0.002 5 mol/L；根据公式Kp，p(A)p(总)，可得Kp0.04 kPa1。若平衡后

11、再将CO、CO2的浓度增加一倍，由于方程式中两种物质的系数相同，所以QcK，因此化学平衡不发生移动。降低温度，体积不变，根据阿伏加德罗定律，压强减小；同时该反应的正反应为放热反应，降低温度，平衡正向移动，导致体系内气体分子数减少，所以总压强也会减小。答案：(1)179.5 kJ/mol(2)小于AD(3)0.04不移动减小若温度降低，体积不变，根据阿伏加德罗定律，总压强减小；同时，降低温度，由于反应放热，所以平衡朝正方向移动，容器内分子数减少，总压强也减小3铁及其化合物在生产、生活中有广泛的应用。(1)复合氧化物铁酸锰(MnFe2O4)可用于热化学循环分解制氢气，原理如下：MnFe2O4(s)

12、=MnFe2O(4x)(s)O2(g)H1MnFe2O(4x)(s)xH2O(g)=MnFe2O4(s)xH2(g)H22H2O(g)=2H2(g)O2(g)H3则：H3与H1、H2的关系为H3_。(2)纳米铁是重要的储氢材料，可用下列反应制得：Fe(s)5CO(g) Fe(CO)5(g)H0。在1 L恒容密闭容器中加入足量铁粉和0.5 mol CO，在T1、T2不同温度下进行反应，测得c(CO)与温度、时间的关系如图1所示。T1_(填“”或“”)T2。T2温度下，上述反应的平衡常数K_(结果不要求带单位)。(3)高铁酸钾(K2FeO4)被人们称为“绿色化学”净水剂。高铁酸钾在酸性至弱碱性条件

13、下不稳定。工业上用KClO与Fe(NO3)3溶液反应制得K2FeO4，反应的离子方程式为_。制备K2FeO4时，KClO饱和溶液与Fe(NO3)3饱和溶液混合的操作为_。已知K2FeO4在水解过程中铁元素形成的微粒分布分数与pH的关系如图2所示。向pH6的溶液中加入KOH溶液，发生反应的离子方程式为_。(4)电解法可制得K2FeO4，装置如图3所示。阳极的电极反应式为_。解析：(1)复合氧化物铁酸锰(MnFe2O4)可用于热化学循环分解制氢气，原理如下：MnFe2O4(s)=MnFe2O(4x)(s)O2(g)H1MnFe2O(4x)(s)xH2O(g)=MnFe2O4(s)xH2(g) H2

14、2H2O(g)=2H2(g)O2(g)H3根据盖斯定律，可得2H2O(g)=2H2(g)O2(g)H3。(2)图1中，温度为T1时曲线斜率大，且优先达到平衡状态，说明温度T1较高，则温度T1T2。T2达到平衡状态时c(CO)0.1 mol/L，Fe(s)5CO Fe(CO)5(g)初始(mol/L) 0.50转化(mol/L) 0.4 0.08平衡(mol/L) 0.1 0.08则T2温度下，该反应的平衡常数K8103。(3)将Fe(NO3)3饱和溶液缓慢滴加到KClO饱和溶液中即可制取K2FeO4，则在KOH溶液中，Fe(NO3)3与KClO反应生成K2FeO4、KCl和KNO3，反应的方程

15、式为2Fe(NO3)33KClO10KOH=2K2FeO46KNO33KCl5H2O，改成离子方程式为2Fe33ClO10OH=2FeO3Cl5H2O；高铁酸钾在酸性至弱碱性条件下不稳定，制备K2FeO4时，KClO饱和溶液与Fe(NO3)3饱和溶液混合的操作为：在搅拌下，将饱和Fe(NO3)3溶液缓慢滴加到KClO溶液中。当pH6时溶液中主要存在HFeO，加入KOH溶液后HFeO的浓度减小，FeO的浓度增大，说明发生反应：HFeOOH=FeOH2O。(4)根据图3可知，阳极Fe失去电子结合氢氧根离子生成FeO，电解过程中阳极的反应式为Fe6e8OH=FeO4H2O。答案：(1)(2)8103

16、(3)2Fe33ClO10OH=2FeO3Cl5H2O在搅拌下，将饱和Fe(NO3)3溶液缓慢滴加到KClO溶液中HFeOOH=FeOH2O(4)Fe6e8OH=FeO4H2O4(2018全国卷)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)的分解反应：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的变化如表所示t时，N2O5(g

17、)完全分解：t/min040801602601 3001 700p/kPa35.840.342.545.949.261.262.363.1已知：2N2O5(g)=2N2O4(g)O2(g) H14.4 kJmol12NO2(g)=N2O4(g)H255.3 kJmol1则反应N2O5(g)=2NO2(g)O2(g)的H_ kJmol1。研究表明，N2O5(g)分解的反应速率v2103pN2O5(kPamin1)。t62 min时，测得体系中pO22.9 kPa，则此时的pN2O5_ kPa，v_ kPamin1。若提高反应温度至35 ，则N2O5(g)完全分解后体系压强p(35 )_(填“大于

18、”“等于”或“小于”)63.1 kPa，原因是_。25 时N2O4(g) 2NO2(g)反应的平衡常数Kp_ kPa(Kp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.AOgg提出如下反应历程：第一步N2O5 NO2NO3 快速平衡第二步NO2NO3NONO2O2 慢反应第三步NONO32NO2 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)。Av(第一步的逆反应)v(第二步反应)B反应的中间产物只有NO3C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解析：(1)Cl2与AgNO3反应

19、生成N2O5，还应该有AgCl，氧化产物是一种气体，则该气体为O2。(2)把已知两反应按顺序编号为a、b，根据盖斯定律，a式b式可得：N2O5(g)=2NO2(g)O2(g) H53.1 kJmol1由方程式2N2O5(g)=4NO2(g)O2(g)可知，62 min时，pO22.9 kPa，则减小的N2O5为5.8 kPa，此时pN2O535.8 kPa5.8 kPa30.0 kPa，则v(N2O5)210330.0 kPamin16.0102 kPamin1。温度提高，体积不变，总压强提高；NO2二聚为放热反应，温度提高，平衡左移，体系物质的量增加，总压强提高。时间无限长时N2O5完全分解

20、，故由2N2O5(g)=4NO2(g)O2(g)知，此时生成的pNO22pN2O5235.8 kPa71.6 kPa，pO20.535.8 kPa17.9 kPa。由题意知，平衡时体系的总压强为63.1 kPa，则平衡体系中NO2、N2O4的压强和为63.1 kPa17.9 kPa45.2 kPa，设N2O4的压强为x kPa，则N2O4(g) 2NO2(g)初始压强/kPa071.6转化压强/kPax2x平衡压强/kPax71.62x则x(71.62x)45.2，解得x26.4,71.6 kPa26.4 kPa218.8 kPa，Kp13.4 kPa。(3)第一步反应快速平衡，说明正、逆反应

21、速率很大，极短时间内即可达到平衡，A项正确；由题给三步反应可知，反应的中间产物有NO3和NO，B项错误；第二步反应慢，说明有效碰撞次数少，C项正确；反应快，说明反应的活化能较低，D项错误。答案：(1)O2(2)53.130.06.0102大于温度提高，体积不变，总压强提高；NO2二聚为放热反应，温度提高，平衡左移，体系物质的量增加，总压强提高13.4(3)AC5(2018全国卷)CH4CO2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)CH4CO2催化重整反应为CH4(g)CO2(g)=2CO(g)2H2(g)。已知：C(s)2H2(g)=CH4

22、(g)H75 kJmol1C(s)O2(g)=CO2(g)H394 kJmol1C(s)O2(g)=CO(g)H111 kJmol1该催化重整反应的H_ kJmol1。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2 L的容器中加入2 mol CH4、1 mol CO2 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_mol2L2。(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

23、)H/(kJmol1)75172活化能/(kJmol1)催化剂X3391催化剂Y4372由上表判断，催化剂X_(填“优于”或“劣于”)Y，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(K)和速率(v)的叙述正确的是_(填标号)。AK积、K消均增加Bv积减小、v消增加CK积减小、K消增加Dv消增加的倍数比v积增加的倍数大在一定温度下，测得某催化剂上沉积碳的生成速率方程为vkp(CH4)p(CO2)0.5(k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，

24、则pa(CO2)、pb(CO2)、pc(CO2)从大到小的顺序为_。解析：(1)将题给已知三个反应依次编号为、，根据盖斯定律，由2可得：CH4(g)CO2(g)=2CO(g)2H2(g)H247 kJmol1根据平衡移动的影响因素，该反应的正反应是一个吸热、气体体积增大的反应，所以高温低压有利于反应正向移动。CH4(g)CO2(g)=2CO(g)2H2(g)起始浓度/molL11 0.500转化浓度/molL10.250.25 0.5 0.5平衡浓度/molL10.750.25 0.5 0.5K mol2L2。(2)积碳反应中，由于催化剂X的活化能比催化剂Y的活化能要小，所以催化剂X更有利于积

25、碳反应的进行；而消碳反应中，催化剂X的活化能大于催化剂Y，所以催化剂Y更有利于消碳反应的进行；综合分析，催化剂X劣于催化剂Y。由表格可知积碳反应、消碳反应都是吸热反应，温度升高，平衡右移，K积、K消均增加；温度升高，反应速率均增大，从图像上可知，随着温度的升高，催化剂表面的积碳量是减小的，所以v消增加的倍数要比v积增加的倍数大。由速率方程表达式vkp(CH4)p(CO2)0.5可知，v与p(CO2)成反比例关系，p(CO2)越大，反应速率越小，所以pc(CO2)pb(CO2)pa(CO2)。答案：(1)247A(2)劣于相对于催化剂X，催化剂Y积碳反应的活化能大，积碳反应的速率小；而消碳反应活

26、化能相对小，消碳反应速率大ADpc(CO2)、pb(CO2)、pa(CO2)6(2018全国卷)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)H148 kJmol13SiH2Cl2(g)=SiH4(g)2SiHCl3(g) H230 kJmol1则反应4SiHCl3(g)=SiH4(g)3SiCl4(g)的H为_kJmol1。(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 K和343 K时SiHCl3的转化率随时间变化的结果如图所示。343 K时反应的平衡转化率_%。平衡常