重点8 化学反应原理的综合应用- 高考化学专练【热点·重点·难点】

重点8  化学反应原理的综合应用

【命题规律】

本专题考点为高考必考点。试题一般以新信息为载体，围绕某种元素的化合物展开，结合图形、图表信息，综合考查化学原理的知识，涉及化学反应中的能量变化、化学反应速率和平衡、溶液中的离子平衡、电化学、化学计算等。试题篇幅较长，文字较多，题干特征是图像和表格交替出现，以图像为主，信息量大，难度大。考查的核心素养以变化观念和平衡思想为主。

【备考建议】

2021年高考备考应注意联系生产实际中的各类反应原理，融会贯通。

【限时检测】（建议用时：40分钟）

1．【2020新课标Ⅰ】硫酸是一种重要的基本化工产品，接触法制硫酸生产中的关键工序是SO2的催化氧化：SO2(g)+O2(g)SO3(g)  ΔH=−98 kJ·mol−1。回答下列问题：

（1）钒催化剂参与反应的能量变化如图(a)所示，V2O5(s)与SO2(g)反应生成VOSO4(s)和V2O4(s)的热化学方程式为：_________________。

（2）当SO2(g)、O2(g)和N2(g)起始的物质的量分数分别为7.5%、10.5%和82%时，在0.5MPa、2.5MPa和5.0MPa压强下，SO2平衡转化率α随温度的变化如图(b)所示。反应在5.0MPa、550℃时的α=__________，判断的依据是__________。影响α的因素有__________。

（3）将组成(物质的量分数)为2m% SO2(g)、m% O2(g)和q% N2(g)的气体通入反应器，在温度t、压强p条件下进行反应。平衡时，若SO2转化率为α，则SO3压强为___________，平衡常数Kp=___________(以分压表示，分压=总压×物质的量分数)。

（4）研究表明，SO2催化氧化的反应速率方程为：

v=k(−1)0.8(1−nα')

式中：k为反应速率常数，随温度t升高而增大；α为SO2平衡转化率，α'为某时刻SO2转化率，n为常数。在α'=0.90时，将一系列温度下的k、α值代入上述速率方程，得到v~t曲线，如图（c）所示。

曲线上v最大值所对应温度称为该α'下反应的最适宜温度tm。t<tm时，v逐渐提高；t>tm后，v逐渐下降。原因是__________________________。

2．【2020年山东新高考】探究CH3OH合成反应化学平衡的影响因素，有利于提高CH3OH的产率。以CO2、H2为原料合成CH3OH涉及的主要反应如下：

Ⅰ.    

Ⅱ.      

Ⅲ.     

回答下列问题：

（1）。

（2）一定条件下，向体积为VL的恒容密闭容器中通入1 mol CO2和3 mol H2发生上述反应，达到平衡时，容器中CH3OH(g)为ɑ mol,CO为b mol，此时H2O(g)的浓度为          mol﹒L-1（用含a、b、V的代数式表示，下同），反应Ⅲ的平衡常数为           。

（3）不同压强下，按照n（CO2）：n（H2）=1：3投料，实验测定CO2的平衡转化率和CH3OH的平衡产率随温度的变化关系如下图所示。

已知：CO2的平衡转化率=

CH3OH的平衡产率=

其中纵坐标表示CO2平衡转化率的是图           （填“甲”或“乙”）；压强p1、p2、p3由大到小的顺序为           ；图乙中T1温度时，三条曲线几乎交于一点的原因是           。

（4）为同时提高CO2的平衡转化率和CH3OH的平衡产率，应选择的反应条件为         （填标号）。

A．低温、高压    B．高温、低压   C．低温、低压  D．高温、高压

3．【“皖赣联考”2021届高三上学期第三次考试】氮的化合物是重要的工业原料，也是主要的大气污染来源，研究氮的化合物的反应具有重要意义。

回答下列问题：

(1)肼(N2H4)与四氧化二氮分别是火箭发射器中最常用的燃料与氧化剂。已知3.2 g液态肼与足量液态四氧化二氮完全反应，生成氮气和液态水放出热量61.25 kJ，则该反应的热化学方程式为___________________。

(2)在773K时，分别将2.00 mol N2和6.00 mol H2充入一个固定容积为1 L的密闭容器中发生反应生成NH3，气体混合物中c(N2)、c(H2)、c(NH3)与反应时间(t)的关系如图所示。

①下列能说明反应达到平衡状态的是____________选填字母。

a. v正(N2)=v逆(H2) b.体系压强不变

c.气体平均相对分子质量不变      d.气体密度不变

②在此温度下，若起始充入4.00 mol N2和12.00 mol H2，则反应刚达到平衡时，表示c(H2)~t的曲线上相应的点为__________选填字母。

(3)在373K时，向体积为2L的恒容真空容器中充入0. 40 mol NO2，发生如下反应：2NO2(g)N2O4(g) ΔH=-56. 9kJ·mol-1

测得的NO2体积分数[φ(NO2)]与反应时间(t)的关系如表：

①计算0~ 20 min时，v(N2O4 )=_________________。

②已知该反应v正(NO2) =k1·c2(NO2)，v逆(N2O4)=k2·c(N2O4)，其中k1、k2为速率常数，则373K时，=_______；改变温度至T1时，k1=k2，则T1________ 373K(填“＞”、“＜”或“=”)。

4．【湖北省荆州市2021届高三上学期第一次质量检查】硫酸及其化合物在生产生活中有重要的应用，而硫氧化物是常见的大气污染物。

(1)已知：NO(g)+SO3(g)⇌SO2(g)+NO2(g)△H=+40.7 kJ•mol-1，一种可同时脱除SO2和NO的工艺涉及的反应原理及能量变化如下：

Ⅰ．NO(g)+O3 (g)⇌NO2(g)＋O2(g)△H1=-200.9kJ•mol-1

Ⅱ．SO2(g)+ O3 (g) ⇌SO3(g)+ O2(g)△H2，其正反应的活化能Ea1=58.0kJ•mol-1，反应Ⅱ的逆反应的活化能为Ea2=_______。

(2)接触法制生产中的关键工序是SO2的催化氧化，回答下列问题：

①在作催化剂条件下与反应历程如下：

Ⅰ．_______；Ⅱ．，写出第Ⅰ步反应的化学方程式。

②定温度下，在2L的恒容密闭容器中通入和发生反应，后达平衡状态，压强为原来的，从开始到平衡，用表示化学反应速率为_______，O2的平衡转化率为_______。

③若保持反应温度和容器容积不变，对于，下列可以作为该反应达到平衡判据的有_______(填标号)。

A．气体的压强保持不变      B．     C．保持不变          

D．容器内气体的密度保持不变       E．容器内气体的平均相对分子质量保持不变

④在500℃时，起始压强为的恒温恒压条件下，平衡时SO3的体积分数随起始投料的变化如下图所示，则_______，用平衡压强(该物质的体积分数×总压强)代替平衡浓度，则500℃时，该反应的_______。

5．【福建省福州第一中学2020届高三第二次测试】“低碳经济”是科学家研究的主要课题之一，他们设想了一系列捕捉和封存CO2的方法。

(1)Bosch反应：CO2(g) + 2H2(g) ⇌ C(s) + 2H2O(g) ΔH

已知CO2(g) 和H2O(g)的生成焓分别为-394kJ/mol和-242kJ/mol(生成焓是指由单质生成1mol该物质所产生的焓变)。则Bosch反应的ΔH=_______。

(2)在Pd-Mg/SiO2催化下，以CO2和H2为原料完成Sabatier反应的机理如图所示，则Sabatier反应的化学方程式为_______。

(3)用氨水捕捉烟气中的CO2生成NH4HCO3。

①通常情况下，控制反应温度在35℃ ~40℃范围内的原因是_______ 。

②分别用不同pH的吸收剂吸收烟气，CO2的脱除效率与pH的关系如图：

若烟气中CO2含量为12%(体积分数)，通入氨水的烟气流速为0.0448m3/h(标准状况下)，用pH为10的氨水吸收烟气30min，脱除CO2的物质的量最多为_______。

(4)有科学家提出可利用FeO吸收CO2：6FeO(s) +CO2(g) ⇌2Fe3O4(s) +C(s) K1 (平衡常数)

①对该反应的描述正确的是____

a. 生成1mol Fe3O4时电子转移总数为2NA

b. 压缩容器体积，可增大CO2的转化率，c(CO2)减小

c. 恒温恒容下，气体的密度不变可作为平衡的标志

d. 恒温恒压下，气体摩尔质量不变可作为平衡的标志

②若 C(s) + 2H2O(g) ⇌ CO2(g) +2 H2(g) K2 (平衡常数)，则：3FeO(s) + H2O(g) ⇌ Fe3O4(s) + H2(g) 的平衡常数K=_______(含K1和K2的代数式)。

(5)已知：Ksp(FeS)=6.3×10-18，工业上可通过反应 FeS(s)+Cu2+(aq)⇌CuS(s)+Fe2+(aq) 除掉溶液中的Cu2+，若该反应的平衡常数K=1.0×1018，则Ksp(CuS)=_______。