2020-2021天津高考化学培优专题复习化学反应原理综合考查练习题

2020-2021天津高考化学培优专题复习化学反应原理综合考查练习题

一、化学反应原理综合考查

1．碳、氮及其化合物在化工生产和国防工业中具有广泛应用。请回答：

（1）科学家研究利用某种催化剂，成功实现将空气中的碳氧化合物和氮氧化合物转化为无毒的大气循环物质。已知： ①N2(g)+O2(g)②NO2(g)+CO(g)③2NO(g)+O2(g)

2NO(g) ΔH1=+180kJ·mol?1 NO(g)+CO2(g) ΔH2=-235kJ·mol?1 2NO2(g) ΔH3=-112kJ·mol?1

N2(g)+2CO2(g)的ΔH=__kJ·mol?1，有利于提高CO平衡转化率的条

则反应2NO(g)+2CO(g)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2L的容器中加入2molNO、2molCO，达到平衡时CO的转化率是50%，其平衡常数为__。

（2）在密闭容器中充入10molCO和8molNO，发生反应，如下图为平衡时NO的体积分数与温度，压强的关系。

①由图判断，温度T1__T2（填“低于”或“高于”），理由是__？升高温度时，下列关于该反应的平衡常数（K）和速率（v）的叙述正确的是__填标号）。 A．K、V均增加 B．K增加，v减小 C．K减小，V增加 D．K、V均减小

②压强为20MPa、温度为T2下，若反应进行到10min达到平衡状态，容器的体积为2L，则此时CO的转化率=__，用CO2的浓度变化表示的平均反应速率v(CO2)=__，该温度下，如图所示A、B、C对应的pA(CO2)、pB(CO2)、pC(CO2)从大到小的顺序为__。

③若在D点对反应容器降温的同时缩小体积至体系压强增大，重新达到的平衡状态可能是图中A～G点中的__点。

（3）用活化后的V2O5作催化剂，氨气将NO还原成N2的一种反应历程如图所示。

测得该反应的平衡常数与温度的关系为1gK=5.08+217.5/T，该反应是__反应(填“吸热”或“放热”)。该反应的含氮气体浓度随温度变化如图所示，则将NO转化为N2的最佳温度为__；当温度达到700K时，发生副反应的化学方程式__。

【答案】-762 B 1 低于 )该反应为放热反应，其他条件相同时，升高温度有利于反应向逆反应方向移动，图中T2对应的NO的体积分数更高，所以对应的温度也更高 C 10% 0.05mol·(L·min)?1 pC(CO2)＞pB(CO2)＞pA(CO2) G 放热 600K 4NH3+5O2【解析】 【分析】

(1)由①N2(g)+O2(g)?2NO(g) ΔH1=+180kJ·mol?1 mol?1 ②NO2(g)+CO(g)?NO(g)+CO2(g) ΔH2=-235kJ·mol?1 ③2NO(g)+O2(g)?2NO2(g) ΔH3=-112kJ·

结合盖斯定律可知，②×2＋③?①得到反应2NO(g)+2CO(g)?N2(g)+2CO2(g)；有利于提高CO平衡转化率的条件根据反应是放热还是吸热、该反应气体体积缩小的角度进行分析；用“三段式”法分析反应后各物质的浓度，化学反应平衡常数K=

4NO+6H2O

生成物浓度幂之积；

反应物浓度幂之积(2)①该反应是放热反应，温度越高，平衡逆向移动，NO的体积分数越大；升高温度时，反应向吸热方向进行；

②用“三段式”法分析反应后各物质的浓度，计算CO的转化率和用CO2的浓度变化表示的平均反应速率；该反应是气体体积减小的反应，压强越大，平衡正向移动，p(CO2)越大； ③D点对反应容器降温的同时缩小体积至体系压强增大，平衡正向移动，NO的体积分数减小；

(3)1gK＝5.08＋217.5/T，可知温度越高，K越小；由图可知600K最适合将NO转化为N2，当温度达到700K时NO较多。 【详解】

(1)由①N2(g)+O2(g)?2NO(g) ΔH1=+180kJ·mol?1 mol?1 ②NO2(g)+CO(g)?NO(g)+CO2(g) ΔH2=-235kJ·mol?1 ③2NO(g)+O2(g)?2NO2(g) ΔH3=-112kJ·

结合盖斯定律可知，②×2＋③?①得到反应2NO(g)+2CO(g)?N2(g)+2CO2(g)，其ΔH＝(?235kJ/mol)×2＋(?112kJ/mol)?(＋180kJ/mol)＝?762kJ/mol，则该反应是放热反应、气体体积缩小，有利于提高CO平衡转化率的条件是低温高压；某温度下，在体积为2L的容器中加入2molNO、2molCO，达到平衡时CO的转化率是50%，列“三段式”得：

2NO?g?+2CO?g??起始量(mol/L)转化量(mol/L)平衡量(mol/L)10.50.511?50%0.5N2?g?+2CO2?g?00.250.2500.50.5

c(N2)c2(CO2)0.25?0.52==1； 化学反应平衡常数K=2c(NO)c2(CO)0.52?0.52(2)①该反应为放热反应，其他条件相同时，升高温度有利于反应向逆反应方向移动，图中T2对应的NO的体积分数更高，所以对应的温度也更高，则温度T1低于T2；升高温度时，反应向吸热方向进行，化学平衡常数减小，化学反应速率增加；

②压强为20MPa、温度为T2下，若反应进行到10min达到平衡状态，NO体积分数为40%，容器的体积为2L，设平衡时c(N2)=xmol/L，用“三段式”法分析得：

2NO?g?+2CO?g??起始量(mol/L)转化量(mol/L)平衡量(mol/L)42x4-2x52x5-2xN2?g?+2CO2?g?0xx02x2x

4-2x?100%=40%，解得x=0.25，CO的转化率为

(4-2x)+(5-2x)+x+2x2?0.252?0.25mol/L?100%=10%，v(CO2)= =0.05mol·(L·min)?1；该反应是气体体积减小510min的反应，压强越大，平衡正向移动，p(CO2)越大，A、B、C对应的压强依次增大，则A、B、C对应的pA(CO2)、pB(CO2)、pC(CO2)从大到小的顺序为pC(CO2)＞pB(CO2)＞pA(CO2)； ③D点对反应容器降温，平衡正向移动，缩小体积至体系压强增大，平衡正向移动，NO的体积分数减小，重新达到的平衡状态可能是图中A～G点中的G点。

(3)lgK＝5.08＋217.5/T，可知温度越高，K越小，则正反应为放热反应；由图可知，将NO转化为N2的最佳温度为600K，当温度达到700K时，发生副反应的化学方程式为4NH3+5O2【点睛】

把握K的意义、盖斯定律、图象分析为解答的关键，注意(2)为解答的难点，正确分析题目信息结合勒夏特列原理、化学平衡三段式解答。

4NO+6H2O。

2．甲醇与水蒸气重整制氢可直接用于燃料电池。回答下列问题：

(1)已知甲醇分解反应：CH3OH(g)?CO(g)＋2H2(g) △H1＝＋90.64 kJ·mol－1； mol－1。 水蒸气变换反应：CO(g)＋H2O(g)?CO2(g)＋H2(g) △H2＝－41.20 kJ·mol－1。 则CH3OH(g)＋H2O(g)?CO2(g)＋3H2(g) △H3＝___________kJ·

(2)科学家通过密度泛函理论研究甲醇与水蒸气重整制氢反应机理时，得到甲醇在Pd(III)表面发生解离时四个路径与相对能量的关系如图所示，其中附在Pd(III)表面的物种用*标注。此历程中活化能最小的反应方程式为_____________________________________________。

(3)在0.1MPa下，将总进料量为1 mol且n(CH3OH)：n(H2O)＝1：1.3的混合气体充入一刚性密闭容器中反应。

①实验测得水蒸气变换反应的速率随温度的升高明显下降，原因是____________________。

②平衡时，测得CH3OH的含量在给定温度范围内极小，H2、H2O(g)、CO、CO2四种组分的含量与反应温度的关系如图所示，曲线b、c对应物质的化学式分别为________、________。

(4)573.2K时，向一刚性密闭容器中充入5.00 MPa CH3OH使其分解，t h后达平衡时H2的物质的量分数为60%，则t h内v(CH3OH)＝_____MPa·h－1，其分压平衡常数Kp＝_____MPa2。

【答案】+49.44 CH2O*+2H*=CHO*+3H*（或CH2O*=CHO*+H*） 随温度升高，催化活性

降低 CO2 H2O（g） 【解析】 【分析】 【详解】

3.75 168.75 tmol－1；① （1）甲醇分解反应：CH3OH(g)?CO(g)＋2H2(g) △H1＝＋90.64 kJ·

mol－1。② 水蒸气变换反应：CO(g)＋H2O(g)?CO2(g)＋H2(g) △H2＝－41.20 kJ·

mol－1+（-41.20 将①+②，即可求出CH3OH(g)＋H2O(g)?CO2(g)＋3H2(g) △H3＝=+90.64 kJ·kJ·mol－1）=+49.44 kJ·mol－1，故答案为：+49.44；

（2）活化能为反应物的总能量与过渡态能量之差，从图中可以看出，过渡态3发生的反应活化能最小。反应物为“CH2O*+2H*”，产物为“CHO*+3H*，故反应方程式为

CH2O*+2H*=CHO*+3H*．因为2H*反应前后都吸附在催化剂表面，未参与反应，故反应实质为CH2O*=CHO*+H*，故答案为：CH2O*+2H*=CHO*+3H*（或CH2O*=CHO*+H*）； （3）因为温度升高，反应速率应加快，而图中速率减小，显然不是温度的影响，只能为催化剂的活性降低，故答案为：随温度升高，催化活性降低； ②对于反应CO（g）+H2O（g）

CO2（g）+H2（g）△H＜0，其他条件不变时，升高温

度，平衡向左移动，即CO、H2O的含量均增大，CO2、H2的含量均减小。依据图中信息，可初步得知，a、b曲线分别对应CO2或H2，c、d曲线则对应CO或H2O（g）。根据反应方程式可知：该反应起始时，n（H2）＞n（CO2）、n（H2O）＞n（CO），平衡时含量必然有H2＞CO2、H2O＞CO．故a、b、c、d曲线分别对应H2、CO2、H2O（g）、CO，曲线b、c对应物质的化学式分别为CO2、H2O（g），故答案为：CO2、H2O（g）； （4）假设CH3OH的压强变化量为x，列出三段式：

CH3OH（g）?起始（MPa）转化（MPa）平衡（MPa）

CO（g）+2H（2g）0xx02x2x

5.0x5.00-x2x603.75MPa3.75? ，x=3.75Mpa，v（CH3OH）== MPa·h－1；

5?2x100tht2P?CO??P2?H2?3.75MPa??7.5MPa?Kp= =168.75（MPa）2， =P?CH3OH?1.25MPa故答案为：【点睛】

本题综合考查化学平衡问题，题目涉及化学平衡计算与影响因素、反应热计算等，侧重考查学生分析计算能力，注意盖斯定律在反应热计算中应用，难点（4）列出三段式，理清平衡时各物质的量，是解题关键。

3.75；168.75（MPa）2。 t

3．丙烯腈（CH2=CHCN）是一种重要的化工原料，工业上可用“丙烯氨氧化法”生产，主要