精做04 第29题反应原理综合运用（精做）-备战2022年高考化学大题精做（浙江专用）

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精做04 第29题反应原理综合运用

1．(2022·浙江省1月选考) “氯碱工业”以电解饱和食盐水为基础制取氯气等产品， 氯气是实验室和工业上的常用气体。请回答：
(1)电解饱和食盐水制取氯气的化学方程式是______。
(2)下列说法不正确的是______。
A．可采用碱石灰干燥氯气
B．可通过排饱和食盐水法收集氯气
C．常温下，可通过加压使氯气液化而储存于钢瓶中
D．工业上，常用氢气和氯气反应生成的氯化氢溶于水制取盐酸
(3)在一定温度下，氯气溶于水的过程及其平衡常数为：
Cl2(g)Cl2(aq) K1=c(Cl2)/p
Cl 2(aq) + H2O(l)H+ (aq)+Cl- (aq) + HClO(aq) K2
其中p为Cl2(g)的平衡压强，c(Cl2)为Cl2在水溶液中的平衡浓度。
①Cl2(g)Cl2(aq)的焓变ΔH1______0。(填”>”、“=”或“0
C．恒容密闭容器内气体密度保持不变可说明反应CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g)达到平衡
D．在500℃，起始压强为P的反应体系中只发生上述反应，则平衡常数Kp≈
(4)其他条件相同时，某同学研究该甲醇合成反应CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g)在不同催化剂I或Ⅱ作用下，反应相同时间时，CO的转化率随反应温度的变化情况。请在图中补充t℃后的变化情况______。(在反应温度范围内，不考虑催化剂失活情况)

(5)工业上用反应CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g)合成甲醇，在230℃~270℃最为有利。为研究合成气最合适的起始投料比，分别在230℃、250℃和270℃进行实验，结果如图。其中270℃的实验结果所对应的曲线是________(填字母)：当曲线X、Y、Z对应的投料比达到相同的CO平衡转化率时，对应的反应温度与投料比的要求是_______________。

【答案】(1) (2)0.3~0.6 (3)AD
(4)
(5)Z 投料比越高，对应的反应温度越高
【解析】(1) 根据盖斯定律：①×+②×-③即可得CnH2n+2(g)+O2(g)=(n+1)H2O(g)+nCO2(g)的△H=；(2)由图可知a点纵坐标为0.57，b点纵坐标为0.48，所以要控制C2～C4的质量分数0.48～0.57需控制碳链增长因子(α)的范围是0.3～0.6；(3)A项，据图可知CO2C作催化剂的规律是：选择球形催化剂时主要产物为CH4，选择平行六面体催化剂时产物有CH2=CH2、CH2=CHCH3、CH2=CHCH2CH3，故A正确；B项，根据图3可知，升高温度CO的平衡转化率(α)下降，即升高温度平衡逆向移动，正反应为放热反应，△H＜0，故B错误；C项，对于反应CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g)，反应前后气体质量与体积不变，则气体密度为定值，故气体密度保持不变不能说明平衡，故C错误；D项，据图可知500℃时CO的转化率为60%，则列三段式有：

气体压强与物质的量成正比，容器中有3mol气体时压强为P，则平衡时p(H2)=，p(CO)=，p(CH3OH)=，所以Kp=，故D正确；故选AD；(4)开始升高温度时，由于温度较低反应速率较慢，所以该时间内没有达到平衡，所以CO的转化率随温度升高而增大，继续升高温度，反应速率也随着加快，该时间内能达到平衡，CO的转化率开始随温度升高而减小，根据所给的部分图可知催化剂I效果更好，所以达到平衡所需的温度较低，所以线拐，但催化剂可以加快反应速率，但是不会引起化学平衡的移动，所以t℃后的变化情况如下；(5)合成甲醇是放热反应，相同投料比温度越高CO的转化率越小，所以270℃的实验结果所对应的曲线是Z；由图5可知，转化率相同时，投料比越高，对应的反应温度越高。
3．(2022届浙江省温州市高三适应性测试)二氧化碳催化加氢合成乙烯在环境保护、资源利用、战略需求等方面具有重要意义。 CO2和H2 在铁系催化剂作用下发生化学反应：
I．2CO2(g)+6H2(g) C2H4(g)+4H2O(g)ΔH1
II．CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)ΔH2＞0
请回答下列问题：
(1)反应I能自发进行，则 ΔH1 ___0(填“＜”或“＞”或“=”)；该反应自发进行的条件是______。
(2)在密闭容器中通入1mol CO2和3molH2，在铁系催化剂作用下进行反应，CO2的平衡转化率随温度和压强的变化如图所示。

①下列说法正确的是____
A．由图1可知：0.1MPa下，200℃~550℃时以反应I为主，550℃以后以反应II为主
B．反应II化学方程式前后物质的化学计量数之和相等，所以反应II的ΔS等于零
C．恒温恒压下，容器内气体的密度不变时，说明反应已达平衡
D．其他条件不变，将CO2和H2的初始物质的量比改变为2：3，可提高CO2平衡转化率
②图1中点M(350，70)、此时乙烯的选择性为(选择性：转化的CO2中生成C2H4和CO的百分比)。计算该温度时：反应II的平衡常数Kc =_____。
③在图1中，温度大于800℃时，随着压强的增大，CO2的平衡转化率减小，请解释原因________________________________________________。
(3)有研究表明，在铁系催化剂作用下反应I分两步进行：
i CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)慢
ii 2CO(g)+4H2(g) C2H4 (g)+2H2O(g)快
在图2中画出反应I分两步进行的“能量−反应过程图”。起点从[2CO2(g)+6H2(g)]开始________________________________________。

【答案】(1)＜ 低温 (2)①AC ②或0.62或0.615
③温度高于800℃时，以反应II为主，压强增大，平衡不移动。但压强增大，使反应I 平衡正移，水蒸气浓度增大，CO2和H2浓度减小，从而导致反应II平衡逆移，所以CO2的平衡转化率减小 (3)
【解析】(1)反应I能自发进行，ΔG=ΔH1-TΔS＜0，由于该反应的气体的分子数减小，故ΔS＜0，则 ΔH1＜0；在低温下该反应能自发进行的；(2)①A项，由图1可知：0.1MPa下，随温度的升高，200℃~550℃时二氧化碳的转化率减小，由于反应I的ΔH1＜0，以反应I为主；550℃以后随温度的升高，二氧化碳的转化率增加，由于反应II的ΔH1＞0，以反应II为主，故A符合题意；B项，反应II化学方程式前后物质的化学计量数之和相等，但反应II的ΔS不等于零，故B不符合题意；C项，气体的密度ρ=，恒温恒压下，气体的密度是一个变值，故容器内气体的密度不变时，说明反应已达平衡，故C符合题意；D项，在密闭容器中通入1molCO2和3molH2，其他条件不变，将CO2和H2的初始物质的量比改变为2：3，增加了CO2的物质的量，由于外界条件的影响大于平衡的移动，CO2平衡转化率是降低的，故D不符合题意；故选AC；②在密闭容器中通入1molCO2和3molH2，反应CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)，图1中点M(350，70)，即350℃时二氧化碳的平衡转化率为70%，转化的二氧化碳的物质的量为1mol×70%=0.7mol，乙烯的选择性为，则转化为乙烯的二氧化碳的物质的量为×0.7mol=0.5mol，转化为一氧化碳的二氧化碳的物质的量为0.7mol-×0.7mol=0.2mol，根据化学方程式，列出三段式；


平衡时一氧化碳的物质的量为0.2mol，水蒸气的物质的量为0.2mol+1mol=1.2mol，二氧化碳的物质的量为1mol-0.2mol-0.5mol=0.3mol，氢气的物质的量为3mol-0.2mol-1.5mol=1.3mol，反应II的平衡常数Kc = =(或0.62或0.615)；③温度高于800℃时，以反应II为主，压强增大，平衡不移动。但压强增大，使反应I 平衡正移，水蒸气浓度增大，CO2和H2浓度减小，从而导致反应II平衡逆移，所以CO2的平衡转化率减小；(3)慢反应为吸热反应，快反应为放热反应，起点从[2CO2(g)+6H2(g)]开始，第一步得到的产物应该为：2CO(g)+2H2O(g)+6H2(g)，第二步得到的产物应该为： C2H4(g)+4H2O(g)， “能量−反应过程图”可以表示为：
。
4．(2022届浙江省杭州市建人高复高三模拟)(1)煤气化制合成气(CO和H2)
已知：C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)ΔH2＝131.3kJ·mol−1
C(s)＋2H2O(g)===CO2(g)＋2H2(g)ΔH2＝90kJ·mol−1
则一氧化碳与水蒸气反应生成二氧化碳和氢气的热化学方程式是_____
(2)由合成气制甲醇
合成气CO和H2在一定条件下能发生反应：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)ΔH＜0。
①在容积均为VL的甲、乙、丙、丁四个密闭容器中分别充入amolCO和2amolH2，四个容器的反应温度分别为T1、T2、T3、T4且恒定不变。在其他条件相同的情况下，实验测得反应进行到tmin时H2的体积分数如图所示，则T3温度下的化学平衡常数为_____(用a、V表示)

②图反映的是在T3温度下，反应进行tmin后甲醇的体积分数与反应物初始投料比的关系，请画出T4温度下的变化趋势曲线。______________

③在实际工业生产中，为测定恒温恒压条件下反应是否达到平衡状态，可作为判断依据的是_____
A．容器内气体密度保持不变 B．CO 的体积分数保持不变
C．气体的平均相对分子质量保持不变 D．c(H2)=2c(CH3OH)
(3)由甲醇制烯烃
主反应：2CH3OHC2H4＋2H2O i；
3CH3OHC3H6＋3H2O ii
副反应：2CH3OHCH3OCH3＋H2O iii
某实验室控制反应温度为400℃，在相同的反应体系中分别填装等量的两种催化剂(Cat.1和Cat.2)，以恒定的流速通入CH3OH，在相同的压强下进行甲醇制烯烃的对比研究，得到如下实验数据(选择性：转化的甲醇中生成乙烯和丙烯的百分比)

由图像可知，使用Cat.2反应2h后甲醇的转化率与乙烯和丙烯的选择性均明显下降，可能的原因是(结合碰撞理论解释)_____
【答案】(1)CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g) ΔH=-41.3 kJ·mol-1
(2)①539V2/27a2 ② ③ABC
(3)该条件下2h后催化剂失活，甲醇转化率较低；Cat.2显著降低反应iii的活化能，提高活化分子百分数，相同时间内快速生成副产物二甲醚，目标产物选择性下降
【解析】(1)将第2个方程式减去第1个方程式，得到一氧化碳与水蒸气反应生成二氧化碳和氢气的热化学方程式是CO(g)+H2O=CO2(g)+H2(g) ΔH=−41.3 kJ·mol−1
(2)①根据题意，列出下面“三段式”：

，解得，则；②该反应是放热反应，根据图得出反应在tmin时，T2温度H2的体积分数最低，T3、T4温度高，H2的体积分数高，说明平衡逆向移动，图反映的是在T3温度下，反应进行tmin后甲醇的体积分数与反应物初始投料比的关系，则T4温度甲醇的量比T3温度甲醇的量小，即变化趋势曲线。；③A项，恒温恒压条件，容器内气体密度等于气体质量除以容器体积，气体质量不变，容器体积减小，密度增大，因此可作为判断平衡的标志，故A符合题意；B项，开始阶段CO的体积分数不断减小，当体积分数不变，则可作为判断平衡的标志，故B符合题意；C项，气体的平均相对分子质量等于气体质量除以气体的物质的量，气体质量不变，气体的物质的量减小，气体的平均相对分子质量增大，当保持不变可作为判断平衡的标志，故C符合题意；D项，c(H2) = 2c(CH3OH)，不能用浓度比例来判断平衡的标志，故D不符合题意；故选ABC。⑶由图像可知，使用Cat.2反应2h后甲醇的转化率与乙烯和丙烯的选择性均明显下降，可能的原因是，根据第一个图得出该条件下2h后催化剂失活，甲醇转化率较低，第二个图得出Cat.2显著降低反应iii的活化能，提高活化分子百分数，相同时间内快速生成副产物二甲醚，生成乙烯、丙烯目标产物选择性下降。
5．(2022届浙江省衢州、湖州、丽水高三教学质量检测)研究CO还原NOx对环境的治理有重要意义，相关的主要化学反应有：
Ⅰ NO2(g)+CO(g)CO2(g)+NO(g) ΔH1
Ⅱ 2NO2(g)+4CO(g)N2(g)+4CO2(g) ΔH2＜0
Ⅲ 2NO(g)+2CO(g)N2 (g)+2CO2 (g) ΔH3＜0
(1)已知：每1mol下列物质分解为气态基态原子吸收的能量分别为
NO2
CO
CO2
NO
819kJ
1076kJ
1490kJ
632kJ
①根据上述信息计算ΔH1=_______kJ·molˉ1。
②下列描述正确的是_______。
A．在绝热恒容密闭容器中只进行反应Ⅰ，若压强不变，能说明反应Ⅰ达到平衡状态
B．反应Ⅱ ΔH＜0，ΔS＜0；该反应在低温下自发进行
C．恒温条件下，增大CO的浓度能使反应Ⅲ的平衡向正向移动，平衡常数增大
D．上述反应达到平衡后，升温，三个反应的逆反应速率均一直增大直至达到新的平衡
(2)在一个恒温恒压的密闭容器中， NO2和CO的起始物质的量比为1∶2进行反应，反应在无分子筛膜时二氧化氮平衡转化率和有分子筛膜时二氧化氮转化率随温度的变化如图所示，其中分子筛膜能选择性分离出N2。

①二氧化氮平衡转化率随温度升高而降低的原因为_____________________。
②P点二氧化氮转化率高于T点的原因为____________________________。
(3)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)。
①一定温度下，向体积为1L的密闭容器中充入一定量的NO和CO，只发生反应Ⅲ，在tl时刻达到平衡状态，此时n(CO)=0.1mol，n(NO)=0.2mol，n(N2)=amol，且N2占平衡总体积的1/4则：=______________。
②在t2时刻，将容器迅速压缩到原容积的1/2，在其它条件不变的情况下．t3时刻达到新的平衡状态。请在图中补充画出t2 -t3-t4时段，正反应速率的变化曲线_______。

【答案】(1)①-227 ②AB
(2)①反应为放热反应，温度升高，平衡逆向移动(或平衡常数减小)
②分子筛膜从反应体系中不断分离出N2，有利于反应正向进行，二氧化氮转化率升高
(3)①270 ②(起点的纵坐标为16，t3时刻达到平衡，t3- t4处于平衡状态与已有线平齐)
【解析】(1) ①ΔH1=E反应物-E生成物=819+1076-1490-632=-227kJ/mol；②A项，反应前后气体系数不变，如果是恒温恒容，无论平衡是否移动，容器中的压强均不变，换为绝热容器后，随着反应的正向进行，反应放出热量，体系温度升高，等量气体的压强随之增大，此时压强是变量，可以作为平衡的依据，A项正确；B项，当ΔH-TΔS