2019高考化学三轮冲刺大题提分大题精做8以能量和化学平衡串联反应原理综合题

大题精做八 以能量和化学平衡串联反应原理

1.（2018南昌二中理综）甲醇可作为燃料电池的原料。工业上利用CO2和H2在一定条件下反应合成甲醇。

（1）已知在常温常压下：

①2CH3OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋4H2O(g) ΔH＝－1275.6J/mol ②2CO(g)+O2(g)===2CO2(g) ΔH＝－566.0J/mol ③H2O(g)===H2O(l) ΔH＝－44.0J/mol

写出甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式：。

（2）甲醇脱氢可制取甲醛CH3OH(g)HCHO(g)+H2(g)，甲醇的平衡转化率随温度变化曲线如下图所示。回答下列问题：

①600时，Y点甲醇的υ(逆)(正)（填“>”或“<”）。

②从Y点到点可采取的措施是____________________________。

③有同学计算得到在t1时，该反应的平衡常数为8.1mol·L－1。你认为正确吗？请说明理由 。

（3）纳米级Cu2O由于具有优良的催化性能而受到关注。在相同的密闭容器中，使用不同方法制得的Cu2O（Ⅰ）和（Ⅱ）分别进行催化CH3OH的脱氢实验：CH3OH(g)HCHO(g)+H2(g)；CH3OH的浓度（mol·L

?1

）随时间t (min)变化如下表：

序号 温度 T1 T1 T2 0 10 20 30 40 50 ① ② ③ 0.050 0.050 0.10 0.0492 0.0488 0.094 0.0486 0.0484 0.090 0.0482 0.0480 0.090 0.0480 0.0480 0.090 0.0480 0.0480 0.090 可以判断：实验①的前20min的平均反应速率ν(H2)＝；实验温度T1T2（填“>”、“<”）；催化剂的催化效率：实验①实验②（填“>”、“<”）。

【解析】（1）根据盖斯定律，(①-②+4×③)/2，得甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式为CH3OH(l)+ O2(g)===CO(g)+2H2O(l) ΔH＝﹣442.8J∕mol；（2）①由图可知，600时，Y点甲醇的转化率大于平衡时的转化率，说明反应逆向进行，则甲醇的υ(逆)>(正)，②由图可知，升温，甲醇的平衡转化率增大，说明正向是吸热反应，从Y点到点应该让反应逆向进行，所以可采取降温的措施，又因为正向是体积增大的反应，还可采取增大压强的措施；③当甲醇的起始浓度不一样时，转化率就不一定等于90%，所以在t1时，

该反应的平衡常数为8.1mol·L－1是不正确的；（3）由表中数据可知，实验①的前20min CH3OH的浓度变化了0.0014mol/L，则生成氢气浓度是0.0014mol/L，ν(H2)＝0.0014/20＝7.0×10?5mol·L?1·min?1；实验②③相比，实验③甲醇的起始浓度是实验②的2倍，而达平衡时的浓度却小于2倍，说明T1到T2平衡向正向移动，而反应为吸热反应，所以T2大于T1；实验①、②值起始浓度相等，但到达平衡的时间实验②小于①，所以催化剂的催化效率：实验①＜实验②。

【答案】（1）CH3OH(l)+ O2(g)===CO(g) + 2H2O(l) ΔH＝﹣442.8J∕mol （2）①>

②降低温度和增大压强

③不正确。因为当CH3OH的起始浓度不同时，其转化率就不等于90%。 （3）7.0×10?5mol·L?1·min?1 <<

1.（2019浙江选考模拟）甲醇是一种可再生能，由CO2制备甲醇的过程可能涉及的反应如下： 反应Ⅰ：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=-49.58J·mol-1 反应Ⅱ：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)ΔH2

反应Ⅲ：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)ΔH3=-90.77J·mol-1 回答下列问题：

(1)反应Ⅱ的ΔH2=______________。

(2)反应Ⅲ能够自发进行的条件是__ (填“较低温度”、“ 较高温度”或“任何温度”)

(3)恒温，恒容密闭容器中，对于反应Ⅰ，下列说法中能说明该反应达到化学平衡状态的是________。 A.混合气体的密度不再变化

B.混合气体的平均相对分子质量不再变化

C.CO2、H2、CH3OH、H2O的物质的量之比为1∶3∶1∶1 D.甲醇的百分含量不再变化

(4)对于反应Ⅰ，不同温度对CO2的转化率及催化剂的效率影响如图所示，下列有关说法不正确的是____。

A.其他条件不变，若不使用催化剂，则250℃时CO2的平衡转化率可能位于M1 B.温度低于250℃时，随温度升高甲醇的产率增大 C.M点时平衡常数比N点时平衡常数大

D.实际反应应尽可能在较低的温度下进行，以提高CO2的转化率

(5)若在1L密闭容器中充入3molH2和1molCO2发生反应Ⅰ，250℃时反应的平衡常数=__________；若要进一步提高甲醇体积分数。可采取的措施有________。

【解析】(1)根据盖斯定律：Ⅱ=Ⅰ-Ⅲ得反应②的ΔH2=+41.19J·mol-1；(2)ΔG=ΔH?T?ΔS<0时，反应能够自发进行，该反应的ΔS<0、ΔH<0，当温度较低时，反应Ⅲ能够自发进行；(3)A、由于气体的质量、体积不

变，则无论是否达到平衡状态，混合气体的密度都不变化，不能作为判断是否平衡的依据，故A错误；B、反应前后气体的物质的量不等，混合气体的平均相对分子质量不再变化，可说明气体的物质的量不再变化，说明达到平衡状态，故B正确；C、平衡常数未知，CO2、H2、CH3OH、H2O的物质的量之比为1∶3∶1∶1，不能判断是否达到平衡状态，故C错误；D、甲醇的百分含量不再变化，可说明达到平衡状态，故D正确；(4)A. 催化剂不能影响平衡移动，只能改变反应速率，故A错误；B. 温度低于250℃时，随温度升高平衡逆向进行甲醇的产率减小，故B错误；C. 升高温度二氧化碳的平衡转化率减低，则升温平衡逆向移动，所以M化学平衡常数大于N，故C正确；D. 为提高CO2的转化率，平衡正向进行，反应是放热反应，低的温度下进行反应，平衡正向进行，但催化剂的活性、反应速率减小，故D错误；故选ABD；(5)若在1L密闭容器中充入3molH2和1molCO2，则图中M点时二氧化碳转化率50%，

CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) 起始量(mol) 1 3 0 0 变化量(mol) 0.5 1.5 0.5 0.5 平衡量(mol) 0.5 1.5 0.5 0.5

=0.5×1.53=0.148，反应前后气体体积减小，若要进一步提高甲醇的体积分数，可采取的措施有增大压强平衡正向进行。

【答案】（1）+41.19J·mol-1 （2）较低温度 （3）BD （4）ABD

（5）0.148 增大压强(降低温度)

2.（2019山东临沂十九中调研）钢铁行业是工业生产的重要支柱。 （1）已知高炉炼铁的主要反应为：

①Fe2O3(s)+3CO(g)===2Fe(s)+3CO2(g) ΔH=－25J·mol－1 ②3Fe2O3(s)+CO(g)===2Fe3O4(s)+CO2(g) ΔH=－47J·mol－1 ③Fe3O4(s)+CO(g)===3FeO(s)+CO2(g) ΔH=+19J·mol－1

写出FeO(s)被CO还原生成Fe(s)和CO2的热化学方程式：________________。

（2）恒温恒容条件下进行反应Fe2O3(s)+3CO(g)2Fe(s)+3CO2(g)，下列各项能说明该反应已达到平衡状态的是_______(填写序号字母)。

a．v(CO)正=v(CO2)逆 b．CO、CO2的浓度之比为1∶1 c．容器内压强保持不变 d．混合气体的密度保持不变

（3）ToC时，反应Fe2O3(s)+3CO(g)2Fe(s)+3CO2(g)的平衡常数为=27。在1L的密闭容器中分别按下表所示加入物质，维持ToC反应一段时间达到平衡，甲、乙容器中CO的平衡转化率之比=_________。

0.5×0.5

甲容器 乙容器 Fe2O3 1.0mol 1.0mol CO 1.0mol 2.0mol Fe 1.0mol 1.0mol CO2 1.0mol 1.0mol （4）下列为合成甲醇的有关化学方程式： ①2H2(g)+CO(g)CH3OH(g) ②H2(g)+CO2(g)H2O(g)+CO(g) ③3H2(g)+CO2(g)CH3OH(g)+H2O(g)

某温度下，上述三个反应的平衡常数数值分别为2.5，2.0和3，则3值为_______。

（5）比亚迪双模电动汽车使用高铁电池供电。高铁电池的总反应为：3n(OH)2+2Fe(OH)3+4OH3n+22FeO4+8H2O，则充电时的阳极反应式为__________。

（6）炼铁尾气中含有CO，经过回收可用于合成甲醇：2H2(g)+CO(g)CH3OH(g) ΔH=－90.1J·mol?1。ToC，该反应的p=6.0×10?3Pa?2（用平衡分压代替平衡浓度所得平衡常数，分压= 总压×物质的量分数）。该温度下的某容器中，若起始充入2molH2、1molCO，平衡时甲醇的平衡分压p(CH3OH)=24.0Pa，则平衡时混合气体中CH3OH的体积分数约为________（用百分数表示，小数点后保留1位）。

【解析】（1）根据盖斯定律可知（①×3－②－③×2）/6即得到FeO(s)被CO还原生成Fe(s)和CO2的热化学方程式为FeO(s)+CO(g)===Fe(s)+CO2(g) ΔH=－11J/mol。（2）在一定条件下，当可逆反应的正反应速率和逆反应速率相等时（但不为0），反应体系中各种物质的浓度或含量不再发生变化的状态，称为化学平衡状态。则a．v(CO)正＝v(CO2)逆表示反应速率的方向相反，且满足反应速率之比是化学计量数之比，反应达到平衡状态，a正确；b．CO、CO2的浓度之比为1∶1不能说明正逆反应速率相等，不一定达到平衡状态，b错误；c．反应前后体积不变，容器内压强保持不变不能说明反应达到平衡状态，c错误；d．密度是混合气的质量和容器容积的比值，在反应过程中容积始终是不变的，但质量是变化的，则混合气体的密度保持不变说明反应达到平衡状态，d正确。答案选ad；（3）甲容器中

Fe2O3(s)+3CO(g)2Fe(s)+3CO2(g) 起始浓度（mol/L）1 1 转化浓度（mol/L） 平衡浓度（mol/L）1－ 1+ 乙容器中Fe2O3(s)+3CO(g)2Fe(s)+3CO2(g) 起始浓度（mol/L） 2 1 转化浓度（mol/L） y y 平衡浓度（mol/L） 2－y 1+y

则、；解得＝0.5、y＝1.25，即甲中转化为是50%，乙中转化率为62.5%，所以甲、乙容器中CO的平衡转化率之比50%∶62.5%＝4∶5；（4）已知：①2H2(g)+CO(g)CH3OH(g) 1；②H2(g)+CO2(g)H2O(g)+CO(g) 2；③