2020版高考化学二轮复习专题强化训练16化学反应原理综合含解析

2020版高考化学二轮复习专题强化训练16化学反应原理综合含解析

专题强化训练(十六)‎ 能力练(20分钟)‎ ‎1．(2019·长沙四校一模)甲醚(CH3OCH3)是一种重要的新型能源，用CO和H2合成甲醚的有关反应如下：‎ ‎①CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)　ΔH1＝－99 kJ·mol－1；‎ ‎②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)　ΔH2＝－24 kJ·mol－1；‎ ‎③CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　ΔH3＝－41 kJ·mol－1。‎ 回答下列问题：‎ ‎(1)3CO(g)＋3H2(g)CO2(g)＋CH3OCH3(g)　ΔH＝________kJ·mol－1。‎ ‎(2)下列措施能提高反应CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)中CO平衡转化率的有________(填序号)。 ‎ A．使用高效催化剂　　　　 B．增加H2O(g)的浓度 C．增大压强 D．升高温度 ‎(3)下列叙述中能说明反应3CO(g)＋3H2(g)CO2(g)＋CH3OCH3(g)处于平衡状态的是________(填序号)。‎ A．生成3 mol H—H键的同时生成6 mol C—H键 B．混合气体的总物质的量不变 C．正逆反应速率相等，且都等于零 D．二氧化碳和甲醚的物质的量相等 ‎(4)如图为反应CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)　ΔH1＝－99 kJ·mol－1达到平衡后，在t1、t3、t4时刻改变某一条件反应速率随时间的变化曲线图。t4时改变的条件是________；在t1～t6时间段内，CH3OH物质的量分数最少的一段时间是________。‎ ‎(5)对于反应：2CH3OH(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)　ΔH2＝－24 kJ·mol－1，在T℃时，向体积不变的密闭容器中投入一定量CH3OH气体，气体混合物中CH3OCH3的物质的量分数φ(CH3OCH3)与反应时间t的关系如表所示：‎ t/min ‎0‎ ‎15‎ ‎30‎ ‎45‎ ‎80‎ ‎100‎ φ(CH3OCH3)‎ ‎0‎ ‎0.05‎ ‎0.08‎ ‎0.09‎ ‎0.10‎ ‎0.10‎ ‎①30 min时，CH3OH的转化率为________；根据表中数据，T℃时，该反应的平衡常数为________。‎ ‎②上述反应中，反应速率v＝v正－v逆＝k正φ2(CH3OH)－k逆φ(CH3OCH3)·φ(H2O)，k 9‎ 正和k逆分别为正向、逆向反应速率常数，φ为物质的量分数。计算15 min时＝________(结果保留2位小数)。‎ ‎[解析]　(1)根据盖斯定律，由①×2＋②＋③得3CO(g)＋3H2(g)CO2(g)＋CH3OCH3(g)　ΔH＝－263 kJ·mol－1。(2)使用催化剂对平衡转化率无影响，A项错误；增加H2O(g)的浓度，CO的平衡转化率增大，B项正确；增大压强，平衡不移动，CO的平衡转化率不变，C项错误；升高温度，平衡逆向移动，CO的平衡转化率减小，D项错误。(3)生成3 mol H—H键的同时生成6 mol C—H键，说明各物质的物质的量不再变化，反应达到平衡，A项正确；混合气体的总物质的量不变，说明反应达到平衡，B项正确；此反应为可逆反应，达平衡时正逆反应速率相等，但不等于零，C项错误；二氧化碳和甲醚的物质的量相等，不能说明反应达到平衡，D项错误。(4)t1～t2时间段平衡逆向移动，CH3OH物质的量分数减小，t2～t4时间段平衡不移动，CH3OH物质的量分数不变，t4时改变的条件为减小压强，平衡逆向移动，CH3OH物质的量分数减小，t5～t6时间段反应达平衡，CH3OH物质的量分数最小。(5)①30 min时，CH3OCH3的物质的量分数为0.08，设开始投入的CH3OH为x mol，生成的H2O为y mol，则生成的CH3OCH3为y mol，消耗的CH3OH为2y mol，则＝0.08，CH3OH的转化率为×100%＝16%；T℃时，设容器体积为V L，反应达平衡时，H2O为z mol，生成的CH3OCH3为z mol，消耗的CH3OH为2z mol，则＝0.10，z＝0.10x，平衡常数K＝＝。②由题意可知达平衡时v正＝v逆，k正φ2(CH3OH)＝k逆φ(CH3OCH3)·φ(H2O)，＝＝K＝，15 min时，生成的CH3OCH3和H2O的物质的量分数均为0.05，则CH3OH的物质的量分数为0.9，＝＝＝5.06。‎ ‎[答案]　(1)－263　(2)B　(3)AB ‎(4)减小　压强　t5～t6　(5)①16%　　②5.06‎ ‎2．“绿水青山就是金山银山”，因此研究NOx、SO2等大气污染物的妥善处理具有重要意义。‎ ‎(1)SO2的排放主要来自煤的燃烧，工业上常用氨水吸收法处理尾气中的SO2。‎ 已知吸收过程中相关反应的热化学方程式如下：‎ ‎①SO2(g)＋NH3·H2O(aq)===NH4HSO4(aq)　ΔH1＝a kJ·mol－1；‎ ‎②NH3·H2O(aq)＋NH4HSO3(aq)===(NH4)2SO3(aq)＋H2O(l)　　ΔH2＝b kJ·mol－1；‎ ‎③2(NH4)2SO3(aq)＋O2(g)===2(NH4)2SO4(aq)　ΔH3＝c kJ·mol－1。‎ 则反应2SO2(g)＋4NH3·H2O(aq)＋O2(g)===2(NH4)2SO4(aq)＋2H2O(l)的ΔH＝__________kJ·mol－1。‎ 9‎ ‎(2)燃煤发电厂常利用反应2CaCO3(s)＋2SO2(g)＋O2(g)===2CaSO4(s)＋2CO2(g)　ΔH＝－681.8 kJ·mol－1对煤进行脱硫处理来减少SO2的排放。对于该反应，在T℃时，借助传感器测得反应在不同时间点上各物质的浓度如下：‎ ‎①0～10 min内，平均反应速率v(O2)＝__________mol·L－1·min－1；当升高温度时，该反应的平衡常数K__________(填“增大”“减小”或“不变”)。‎ ‎②30 min后，只改变某一条件，反应重新达到平衡。根据上表中的数据判断，改变的条件可能是________(填字母)。‎ A．加入一定量的粉状碳酸钙 B．通入一定量的O2‎ C．适当缩小容器的体积 D．加入合适的催化剂 ‎(3)NOx的排放主要来自汽车尾气，有人根据反应C(s)＋2NO(g)N2(g)＋CO2(g)　ΔH＝－34.0 kJ·mol－1，用活性炭对NO进行吸附。已知在密闭容器中加入足量的C和一定量的NO气体，保持恒压测得NO的转化率随温度的变化如图所示：‎ 由图可知，1050 K前反应NO的转化率随温度升高而增大，其原因为________________________；在1100 K时，CO2的体积分数为__________。‎ ‎(4)用某物质的平衡分压代替其物质的量浓度也可以表示化学平衡常数(记作Kp)。在1050K、1.1×106 Pa时，该反应的化学平衡常数Kp＝__________[已知：气体分压(p分＝气体总压(p总)×体积分数]。‎ ‎(5)为避免汽车尾气中的有害气体对大气的污染，需给汽车安装尾气净化装置。在净化装置中CO和NO发生反应2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g)　ΔH＝－746.8 kJ·mol－1‎ 9‎ ‎，生成无毒的N2和CO2。实验测得，v正＝k正·c2(NO)·c2(CO)，v逆＝k逆·c(N2)·c2(CO2)(k正、k逆为速率常数，只与温度有关)。‎ ‎①达到平衡后，仅升高温度，k正增大的倍数__________(填“>”“<”或“＝”)k逆增大的倍数。‎ ‎②若在1 L的密闭容器中充入1 mol CO和1 mol NO，在一定温度下达到平衡时，CO的转化率为40%，则＝__________。‎ ‎[解析]　本题考查了化学反应原理的综合应用，考查了变化观念与平衡思想的科学素养。(1)根据盖斯定律，由热化学方程式①×2＋②×2＋③得2SO2(g)＋4NH3·H2O(aq)＋O2(g)===2(NH4)2SO4(aq)＋2H2O(l)，故该反应的ΔH＝(2a＋2b＋c)kJ/mol。(2)①在0～10 min内，Δc(O2)＝1.0 mol/L－0.79 mol/L＝0.21 mol/L，故v(O2)＝＝0.021 mol·L－1·min－1；正反应为放热反应，升高温度，平衡向左移动，故化学平衡常数K减小。②加入固体碳酸钙不影响平衡移动，A项错误；通入一定量的O2，O2浓度增大，平衡正向移动，CO2的浓度增大，B项正确；适当缩小容器的体积，所有气体的浓度均增大，C项正确；加入合适的催化剂平衡不移动，D项错误。(3)在1050 K前反应未达到平衡状态，随着温度升高，反应速率加快，NO的转化率增大。根据反应C(s)＋2NO(g)N2(g)＋CO2(g)，假设加入1 mol NO，在1100 K时，α(NO)＝40%，则Δn(NO)＝0.4 mol，故n(CO2)＝0.2 mol，由于反应前后气体的总物质的量不变，故混合气体中CO2的体积分数为×100%＝20%。(4)根据反应C(s)＋2NO(g)N2(g)＋CO2(g)，假设加入1 molNO，在1050 K时，α(NO)＝80%，平衡时，n(NO)＝0.2 mol，n(N2)＝0.4 mol，n(CO2)＝0.4 mol，各物质的平衡分压为p分(NO)＝×1.1×106Pa，p分(N2)＝×1.1×106Pa，p分(CO2)＝×1.1×106Pa；故反应的化学平衡常数Kp＝＝4。(5)①正反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，则正反应速率增大的倍数小于逆反应速率增大的倍数。浓度不变，故k正增大的倍数小于k逆增大的倍数。②当反应达到平衡时，v正＝v逆，故＝＝K。根据热化学方程式可知，平衡时c(CO)＝c(NO)＝0.6 mol/L，c(N2)＝0.2 mol/L，c(CO2)＝0.4 mol/L，故＝＝＝。‎ ‎[答案]　(1)2a＋2b＋c ‎(2)①0.021　减小　②BC ‎(3)1050 K前反应未达到平衡状态，随着温度升高，反应速率加快，NO转化率增大　20%‎ ‎(4)4‎ ‎(5)①<　② 拔高练(25分钟)‎ 9‎ ‎1．(2019·武汉调研)对废(尾)气中的氮氧化物、二氧化硫等进行必要处理，减少它们的排放，让空气更加清洁是环境科学的重要课题之一，也是“打赢蓝天保卫战”的重要举措。分析有关氮氧化物、二氧化硫的反应，并回答相关问题：‎ ‎(1)已知：N2(g)＋O2(g)===2NO(g)　ΔH1＝＋180.5 kJ·mol－1‎ C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH2＝－393.5 kJ·mol－1‎ ‎2C(s)＋O2(g)===2CO(g)　ΔH3＝－221.0 kJ·mol－1‎ 若某反应的平衡常数表达式为K＝，请写出此反应的热化学方程式____________________________________________‎ ‎__________________________________________________________。‎ ‎(2)利用汽油中挥发出来的烃类物质(CxHy)催化还原汽车尾气中的NO气体可消除由此产生的污染，该过程的化学方程式为___________________________________________________。‎ ‎(3)废气中的SO2经过净化后与空气混合进行催化氧化等一系列反应后可制取硫酸，其中SO2发生催化氧化的反应为2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)。往一固定体积的密闭容器中通入SO2和O2[其中n(SO2)∶n(O2)＝2∶1]，在不同温度下测得容器内总压强与反应时间的关系如图所示。‎ ‎①图中A点处SO2的转化率为________。‎ ‎②C点的正反应速率vC(正)与A点的逆反应速率vA(逆)的大小关系为vC(正)________(填“>”“<”“＝”)vA(逆)。‎ ‎③图中B点用压强表示的平衡常数Kp＝________(用平衡分压代表平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)。‎ ‎(4)用如图所示的电解装置可将雾霾中的NO、SO2分别转化为NH和SO。‎ 9‎ ‎①写出物质A的化学式________，SO2在电极上发生的反应为_______________________________________________________。‎ ‎②写出电解槽里发生的总反应的化学方程式________________‎ ‎________________________________________________________。‎ ‎(5)工业上常用氨水吸收二氧化硫，可生成(NH4)2SO3。判断常温下(NH4)2SO3溶液的酸碱性并说明判断依据___________________。(已知常温下NH3·H2O的Kb＝1.8×10－5；H2SO3的Ka1＝1.3×10－2，Ka2＝6.3×10－8)‎ ‎[解析]　(1)根据该反应的平衡常数表达式K＝，可知该反应为2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g)　ΔH，将题给的三个热化学方程式依次编号为①、②、③，根据盖斯定律，由②×2－③－①得到2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g)　ΔH＝－746.5 kJ·mol－1。(2)用烃催化还原NO气体以消除由此产生的污染，可知反应生成无污染的N2、CO2和H2O，根据得失电子守恒、原子守恒可写出并配平化学方程式。(3)①设起始通入的SO2为2a mol，O2为a mol，在A点时，O2转化了x mol，根据三段式法进行计算：‎ ‎　　　　 2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)‎ 起始(mol) 2a a 0‎ 转化(mol) 2x x 2x A点时(mol) 2a－2x a－x 2x 在恒温恒容条件下，气体压强之比等于物质的量之比，故＝，解得x＝0.45a，则A点SO2的转化率α(SO2)＝×100%＝45%。②T1条件下，由A到B，反应趋向平衡，正反应速率逐渐减小，逆反应速率逐渐增大，B点时反应处于平衡状态，故vA(逆)T1，由B到C，温度升高，反应速率加快，故vC(正)>vB(正)＝vB(逆)>vA(逆)。③设起始通入2b mol SO2，b mol O2，在B点反应达到平衡时O2转化了y mol，根据三段式法进行计算：‎ ‎　 　2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)‎ 起始(mol) 2b b 0‎ 转化(mol) 2y y 2y 9‎ 平衡(mol) 2b－2y b－y 2y 在恒温恒容条件下，气体压强之比等于物质的量之比，故＝，解得y＝0.9b，‎ 故Kp＝＝ ‎＝24300(MPa)－1。(4)电解装置可将雾霾中的NO、SO2分别转化为NH和SO，结合原子守恒，可知电解的总反应的化学方程式为5SO2＋2NO＋8H2O(NH4)2SO4＋4H2SO4，则物质A的化学式为H2SO4；电解时，阳极上二氧化硫失电子生成硫酸根离子，则阳极的电极反应式是SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋。(5)NH水解生成了H＋和NH3·H2O，使溶液显酸性，而SO水解生成了OH－和HSO，使溶液显碱性，由于Kb(NH3·H2O)大于Ka2(H2SO3)，说明NH的水解程度小于SO的水解程度，故(NH4)2SO3溶液显碱性。‎ ‎[答案]　(1)2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g)　ΔH＝－746.5 kJ·mol－1　(2)4CxHy＋(8x＋2y)NO4xCO2＋(4x＋y)N2＋2yH2O ‎(3)①45%　②>　③24300(MPa)－1‎ ‎(4)①H2SO4　SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋‎ ‎②5SO2＋2NO＋8H2O(NH4)2SO4＋4H2SO4‎ ‎(5)溶液显碱性，Kb(NH3·H2O)大于Ka2(H2SO3)，SO的水解程度比NH大(其他合理解释也可)‎ ‎2．(2019·太原一模)以天然气和二氧化碳为原料在工业上均可以合成甲醇。‎ ‎(1)目前科学家正在研究将天然气直接氧化合成甲醇：CH4(g)＋O2(g)===CH3OH(g)　ΔH＝－146 kJ·mol－1。已知该反应中相关化学键的键能数据如下：‎ 化学键 C—O O===O H—O C—H E/(kJ·mol－1)‎ ‎343‎ ‎498‎ x ‎413‎ 由此计算x＝________。‎ ‎(2)工业废气二氧化碳催化加氢也可合成甲醇：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)。在密闭容器中投入1 mol CO2和2.75 mol H2，在不同条件下发生反应，实验测得平衡时甲醇的物质的量随温度、压强的变化如图所示。‎ 9‎ ‎①该反应的ΔH________(填“>”“<”或“＝”，下同)。‎ ‎②M、N两点的化学反应速率：v(N)________v(M)，判断理由是______________________________________________________。‎ ‎③为提高CO2的转化率，除可以改变温度和压强外，还可采取的措施有______________、______________。‎ ‎④若506℃时，在10 L密闭容器中反应，达平衡时恰好处于图中M点，则N点对应的平衡常数K＝________(结果保留两位小数)。‎ ‎(3)煤的电化学脱硫是借助煤在电解槽发生的反应将煤中的FeS2转化为硫酸盐，达到净煤目的。在硫酸铁酸性电解液中首先发生反应FeS2＋2Fe3＋===3Fe2＋＋2S，然后在某一电极上发生两个电极反应，其中一个是使Fe3＋再生，则该电极为________极，该电极上的另一个电极反应式是________________________。(所用电极均为惰性电极)‎ ‎(4)处理废水时，通入H2S(或加S2－)能使某些金属离子生成极难溶的硫化物而除去。25℃时，某废液中c(Mn2＋)＝0.02 mol·L－1，调节废液的pH使Mn2＋开始沉淀为MnS时，废液中c(H2S)＝0.1 mol·L－1，此时pH约为________。[已知：Ksp(MnS)＝5.0×10－14；H2S的电离常数Ka1＝1.5×10－7，Ka2＝6.0×10－15；lg6＝0.8]‎ ‎[解析]　(1)CH4(g)＋O2(g)===CH3OH(g)　ΔH＝－146 kJ·mol－1，根据反应的焓变＝反应物总键能－生成物总键能，结合题表提供的化学键的键能数据，有4×413 kJ·mol－1＋×498 kJ·mol－1－(3×413 kJ·mol－1＋343 kJ·mol－1＋x kJ·mol－1)＝－146 kJ·mol－1，则x＝465。(2)①由题图可知，压强一定时，温度越高，CH3OH的物质的量越小，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，则正反应为放热反应，ΔH<0。②该反应为气体体积减小的反应，温度一定时，增大压强，平衡向正反应方向移动，甲醇的物质的量增大，故压强p1>p2，压强增大，反应速率也增大，所以v(N)

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