【化学】化学化学反应原理综合考查的专项培优练习题(含答案)含详细答案

【化学】化学化学反应原理综合考查的专项培优练习题(含答案)含详细答案

一、化学反应原理综合考查

1．过氧乙酸(CH3CO3H)是一种广谱高效消毒剂，不稳定、易分解，高浓度易爆炸。常用于空气、器材的消毒，可由乙酸与H2O2在硫酸催化下反应制得，热化学方程式为：CH3COOH(aq)+H2O2(aq)?CH3CO3H(aq)+H2O(l) △H=-13.7KJ/mol (1)市售过氧乙酸的浓度一般不超过21%，原因是____ 。 (2)利用上述反应制备760 9 CH3CO3H，放出的热量为____kJ。

(3)取质量相等的冰醋酸和50% H2O2溶液混合均匀，在一定量硫酸催化下进行如下实验。 实验1：在25 ℃下，测定不同时间所得溶液中过氧乙酸的质量分数。数据如图1所示。 实验2：在不同温度下反应，测定24小时所得溶液中过氧乙酸的质量分数，数据如图2所示。

①实验1中，若反应混合液的总质量为mg，依据图1数据计算，在0—6h间，v(CH3CO3H)=____ g／h（用含m的代数式表示）。

②综合图1、图2分析，与20 ℃相比，25 ℃时过氧乙酸产率降低的可能原因是_________。（写出2条）。

(4) SV-1、SV-2是两种常用于实验研究的病毒，粒径分别为40 nm和70 nm。病毒在水中可能会聚集成团簇。不同pH下，病毒团簇粒径及过氧乙酸对两种病毒的相对杀灭速率分别如图3、图4所示。

依据图3、图4分析，过氧乙酸对SV-1的杀灭速率随pH增大而增大的原因可能是______ 【答案】高浓度易爆炸（或不稳定，或易分解） 137 0.1m/6 温度升高，过氧乙酸分解；温度升高，过氧化氢分解，过氧化氢浓度下降，反应速率下降 随着pH升高，SV-1的团簇粒径减小，与过氧化氢接触面积增大，反应速率加快 【解析】

【分析】

（1）过氧乙酸(CH3CO3H)不稳定、易分解，高浓度易爆炸，为了安全市售过氧乙酸的浓度一般不超过21%

(2) 利用热化学方程式中各物质的系数代表各物质的物质的量来计算 (3) 结合图象分析计算 【详解】

(1)市售过氧乙酸的浓度一般不超过21%，原因是不稳定、易分解，高浓度易爆炸。 (2) 利用热化学方程式中各物质的系数代表各物质的物质的量来计算。 利用上述反应制备760 g CH3CO3H，物质的量是10mol,所以放出的热量是方程式中反应热的10倍为137kJ。 (3) ①实验1中，若反应混合液的总质量为mg，依据图1数据计算，在0—6h间，v(CH3CO3H)=0.1

②综合图1、图2分析，与20 ℃相比，25 ℃时过氧乙酸产率降低的可能原因是温度升高，过氧乙酸分解；温度升高，过氧化氢分解，过氧化氢浓度下降，反应速率下降 。 （4）依据图3、图4分析，过氧乙酸对SV-1的杀灭速率随pH增大而增大的原因可能是随着pH升高，SV-1的团簇粒径减小，与过氧化氢接触面积增大，反应速率加快。

2．研究煤的合理利用及 CO2的综合应用有着重要的意义。请回答以下问题： I.煤的气化

已知煤的气化过程涉及的基本化学反应有： ①C(s)+H2O(g) ②CO(g)+3H2(g)

CO(g)+H2(g) △H=+131kJ·mol-1 CH4(g) +H2O(g) △H=akJ·mol-1

查阅资料反应②中相关化学键能数据如下表： 化学键 E(kJ·mol-1) C≡O 1072 H—H 436 H—C 414 H—O 465 (1)则反应②中 a =_____________。 (2)煤直接甲烷化反应 C(s) + 2 H2 (g) II.合成低碳烯烃

在体积为1 L 的 密闭容器中，充入 1mol CO2和 2 .5 mol H2, 发生 反应： 2CO2 ( g) + 6 H2(g)

C2H4(g)+4 H2O(g) △H=-128kJ·mol-1，测得温度对催化剂催化效率和CO2 平衡转化

率的影响如右图 所 示 ：

CH4(g) 的△H=为 _____kJ ? mol-1， 该反应在

_____________（填“高温”或“低温 ”）下自发进行。

(3) 图中低温时， 随着温度升高催化剂的催化效率提高， 但 CO2的平衡转化率却反而降

低 ，其原因是_______________．

(4) 250℃时，该反应的平衡常数K 值为____________。 III.合成甲醇

在恒温 2 L 容积不变的密闭容器中，充入 1molCO2 和 3 molH2, 发生反应：. CO2(g)+3H2(g)

CH3OH(g)+ H2O(g),测得不同时刻反应前后容器内压强变化（p后/p前）如下表： 时间/h p后/p前 1 0.90 2 0.85 3 0.82 4 0.81 5 0.80 6 0.80 (5) 反应前 1 小时内的平均反应速率 v(H2）为_______mol?L-1h-1 , 该温度下CO2的平衡转化率为_____________。

【答案】-206 -75 低温 该反应为放热反应，温度升高，平衡逆向移动，所以二氧化碳的转化率降低 1 0.3 40% 【解析】 【分析】 【详解】

（1）焓变△H=反应物的总键能-生成物的总键能=a=1072 kJ/mol +3×436 kJ/mol -（4×414 kJ/mol +2×465 kJ/mol）=-206kJ/mol，故答案为：-206； （2）由盖斯定律，方程式①+②得到C(s) + 2H2 (g)

CH4(g)，则△H=-75 kJ/mol，反应

△H<0，△S<0，则低温下能使△H-T△S<0，所以低温能自发进行，故答案为：-75；低温； （3）该反应为放热反应，温度升高，平衡逆向移动，则二氧化碳的平衡转化率降低，故答案为：该反应为放热反应，温度升高，平衡逆向移动，所以二氧化碳的转化率降低； （4）250℃时，二氧化碳的平衡转化率为50%，可列三段式为： 2CO2 ( g) + 6 H2(g)

C2H4(g)+4 H2O(g)

起始态(mol/L)12.500转化态(mol/L)0.51.50.251 平衡态(mol/L)0.510.25114?0.25K=?1，故答案为：1； 260.5?1（5）在恒温2L容积不变的密闭容器中，充入1molCO2和3molH2，发生反应，设1h消耗二氧化碳的物质的量为x，则有三段式： CO2(g)+3H2(g)

CH3OH(g)+ H2O(g)

起始态(mol)1300转化态(mol)x3xxx 1h时(mol)1-x3-3xxx气体压强之比等于气体的物质的量之比，则

4-2x=0.9，x=0.2mol，氢气的反应速率4v=?c3?0.2mol==0.3mol/(Lgh)2L； ?t1hCH3OH(g)+ H2O(g)

平衡状态下气体压强之比为0.8，设消耗二氧化碳的物质的量为y，则有三段式： CO2(g)+3H2(g)

起始态(mol)1300转化态(mol)y3yyy 平衡态(mol)1-y3-3yyy4-2y0.4mol=0.8，y=0.4，二氧化碳的平衡转化率= ?100%=40%，故答案为：0.3；41mol40%。

3．德国化学家哈伯(F.Haber)从1902年开始研究由氮气和氢气直接合成氨。合成氨为解决世界的粮食问题作出了重要贡献。其原理为N2(g)+3H2(g)?2NH3(g) △H=-92.4kJ/mol (1)若已知H-H键的键能为436.0kJ/mol，N-H的键能为390.8kJ/mol，则N?N的键能约为_____kJ/mol

(2)合成氨反应不加催化剂很难发生，催化剂铁触媒加入后参与了反应降低了活化能。其能量原理如图所示，则加了催化剂后整个反应的速率由______决定(填“第一步反应”或者“第二步反应”)，未使用催化剂时逆反应活化能______正反应活化能(填“大于”“小于”或者“等于”)

(3)从平衡和速率角度考虑，工业生产采取20MPa到50MPa的高压合成氨原因______ (4)一定温度下恒容容器中，以不同的H2和N2物质的量之比加入，平衡时NH3体积分数如图所示，则H2转化率a点______b点(填\大于”“小于”或者“等于”)。若起始压强为20MPa，则b点时体系的总压强约为______MPa。

(5)若该反应的正逆反应速率分别表示为v正=K正g?N2?gc?H2?，v逆=K逆?c2(NH3)，则一定温

3度下，该反应 的平衡常数K=______(用含K正和K逆的表达式表示)，若K正和K逆都是温度的函数，且随温度升高而升高，则图中c和d分别表示______和______随温度变化趋势(填K

正

或者K逆)。

(6)常温下，向20mL的0.1mol/L的盐酸中通入一定量氨气反应后溶液呈中性(假设溶液体积变化忽略不计)则所得溶液中c(NH4+)=_______

【答案】944.4 第一步反应 大于 当压强低于20MPa时，反应速率慢，且反应转化率低，压强过大于50MPa时，转化率提升不大，但对设备的要求高，生产成本高 小于 19

K正 K正 K逆 0.1mol/L K逆【解析】 【分析】 【详解】

（1）根据反应热的计算公式

ΔH=E(反应物的键能)-E(生成物的键能)=EN?N?3EH-H?6EN-H?EN?N?3?436.0kJ/mol?6?390.8kJ/mol??92.4kJ/mol，可得EN?N=944.4kJ/mol，故答案为：944.4；

（2）因为第一步反应的活化能大于第二步反应的活化能，则催化剂后整个反应的速率由第一步反应决定，由图可知未使用催化剂时逆反应活化能大于正反应活化能，故答案为：第一步反应；大于；

（3）根据工业上制备氨气的原理可知，当压强低于20MPa时，反应速率慢，且反应转化率低，压强过大于50MPa时，转化率提升不大，但对设备的要求高，生产成本高，所以工业生产采取20MPa到50MPa的高压合成氨，故答案为：当压强低于20MPa时，反应速率慢，且反应转化率低，压强过大于50MPa时，转化率提升不大，但对设备的要求高，生产成本高；

（4）当增大氢气的用量时，氮气的转化率升高，氢气的转化率降低，则H2的转化率a点小于b点；根据图知b点氨气的体积分数为5%，设氮气与氢气在恒容密闭容器中各投1mol，转化的氮气为xmol，则可列三段式为： N2+3H2?2NH3

起始量(mol)110转化量(mol)x3x2x 平衡量(mol)1-x3-2x2x则有

P(平衡)n(平衡)2-2xP(平衡)2x1?===5%，，由此可得x= ，P(平

P(始态)n(始态)220MPa212-2x32衡)=19MPa，故答案为：小于；19；

c(N2)gc(H2)=K逆gc（5）平衡时，正反应速率=逆反应速率，则有K正g?NH3?，平衡常