鲁科版 2023高考化学 一轮复习 高考热点专项练(六)　化学反应机理分析 试卷

高考热点专项练(六)

化学反应机理分析

1.(2021·湖北适应性测试)最新文献报道,有机小分子可催化多氟芳烃的取代反应,机理如图所示。下列说法错误的是(　　)

A.2是催化剂

B.4和7都是反应中间体

C.2向4的转化过程中有非极性键与极性键的断裂与形成

D.5为时,1是

解析:选C。从反应机理图可得,参与了反应流程,但在整个的反应前后没有变化,为反应的催化剂,故A正确;整个反应流程显示,反应为发生取代反应生成,4和7都是反应中间体,故B正确;和反应生成,没有非极性键的断裂与形成,故C错误;5若由变为,R就转换为,由机理图可知,生成的1就转换为,故D正确。

2.常温常压时烯烃与氢气混合不反应,高温时反应很慢,但在适当的催化剂存在时与氢气反应生成烷烃,一般认为加氢反应是在催化剂表面进行。反应过程的示意图如图所示:

下列说法中正确的是(　　)

A.乙烯和H2生成乙烷的反应是吸热反应

B.加入催化剂,可减小反应的热效应

C.催化剂能改变平衡转化率,不能改变化学平衡常数

D.催化加氢过程中金属氢化物的一个氢原子和双键碳原子先结合,得到中间体

解析:选D。根据图示得该反应是放热反应,A错误;催化剂只会加快反应速率,不会引起反应热的变化,反应的热效应不变,B错误;催化剂只会加快反应速率,不能改变平衡转化率,不能改变化学反应的平衡常数,C错误;根据化学反应的历程:加氢过程中金属氢化物的一个氢原子和双键碳原子先结合,得到中间体,D正确。

3.(2022·宝鸡模拟)合成氨的反应历程有多种,有一种反应历程如图所示,吸附在催化剂表面的物质用*表示。下列说法错误的是(　　)

A.催化剂的使用,并不能提高反应物的转化率

B.N2生成NH3是通过多步氧化反应生成的

C.两个氮原子上的加氢过程分步进行

D.大量氨分子吸附在催化剂表面,将减缓反应速率

解析:选B。催化剂可降低反应物的活化能,提高反应速率,但不能提高反应物的转化率,A正确;N2生成NH3,N元素的化合价从0价降低到-3价,根据图示信息可看出N元素逐步加氢,其化合价逐渐降低,即发生多步还原反应生成NH3,B错误;根据图示信息可以看出,两个N原子在催化剂作用下分别分步加氢,C正确;NH3的及时脱附可留下继续反应的空间而增加催化剂的活性位,如果大量氨分子吸附在催化剂表面,将会减缓反应速率,D正确。

4.如图是某化学反应历程。下列说法错误的是(　　)

A.Pd、MgO为该反应的催化剂

B.该过程发生了极性键和非极性键的断裂和形成

C.存在反应MgO…COOH+H===MgO…CO+H2O

D.总反应为4H2+CO2CH4+2H2O

解析:选B。由图可知反应前后Pd、MgO化学性质均不变,故Pd、MgO为该反应的催化剂,A正确;该过程发生了极性键和非极性键的断裂,但形成的化学键仅有极性键,B错误;由图可知,存在反应MgO…COOH+H===MgO…CO+H2O,C正确;根据图中的反应历程可知,通入的是氢气和二氧化碳,生成的是甲烷和水,D正确。

5.(2022·南昌模拟)碳量子点是一种新型碳纳米材料,我国化学家研究的一种新型复合光催化剂[碳量子点/氮化碳(纳米复合物)]可以利用太阳光实现高效分解水,其原理如图所示。下列说法正确的是(　　)

A.总反应为H2O2H2+O2

B.水分解过程中,H2O2作催化剂

C.复合光催化剂中两种纳米材料均属于共价化合物

D.若反应Ⅱ是放热反应,则反应Ⅰ一定是吸热反应

解析:选D。总反应为2H2O2H2+O2,故A错误;过程Ⅰ中,水分解为氢气和过氧化氢,过程Ⅱ,过氧化氢再分解为氧气和水,所以过氧化氢是中间产物,不是催化剂,故B错误;碳纳米材料是碳单质,不是化合物,故C错误;水分解是吸热反应,在此过程中,水分解分两步进行,若反应Ⅱ是放热反应,则反应Ⅰ一定是吸热反应,故D正确。

6．(2022·郑州模拟)温度为T1时，将气体X和气体Y各1.6 mol充入10 L恒容密闭容器中，发生反应X(g)＋Y(g)⇌2Z(g)，一段时间后达到平衡。反应过程中测定的数据如表，下列说法正确的是(　　)

A.反应0～4 min的平均速率v(Z)＝0.25 mol·L－1·min－1

B．T1时，反应的平衡常数K1＝1.2

C．其他条件不变，9 min后，向容器中再充入1.6 mol X，平衡向正反应方向移动，再次达到平衡时X的浓度减小，Y的转化率增大

D．其他条件不变，若降温到T2达到平衡时，平衡常数K2＝4，则反应的ΔH＜0

解析:选D。由表中数据可求得前4 min内消耗Y为0.10 mol，v(Y)＝＝＝＝0.012 5 mol·L－1·min－1，所以v(Z)＝2v(Y)＝0.025 mol·L－1·min－1，A错误；由表中数据可知7 min时反应到达平衡，反应的三段式为

　　　　　　　　  X(g)＋Y(g) 2Z(g)

起始浓度(mol·L－1)     0.16   0.16     0

变化量(mol·L－1)       0.06   0.06     0.12

平衡浓度(mol·L－1)     0.1    0.1      0.12

所以平衡常数K＝＝＝1.44，B错误；其他条件不变，9 min时是平衡状态，再充入1.6 mol X，平衡向正反应方向移动，再次达到平衡时Y的转化率增大，由于X加入量大于平衡移动消耗量，所以再次达到平衡时，X的浓度增大，C错误；T1时，平衡常数K＝1.44，降温到T2达到平衡时，平衡常数K2＝4，说明降低温度平衡正向移动，使K增大，所以该反应正向为放热反应，D正确。

7．化学平衡常数K的数值大小是衡量化学反应进行程度的标志，在常温下，下列反应的平衡常数的数值如下：

2NO(g)N2(g)＋O2(g)　K1＝1×1030

2H2(g)＋O2(g)2H2O(l)　K2＝2×1081

2CO2(g)2CO(g)＋O2(g)　K3＝4×10－92

以下说法正确的是(　　)

A．常温下，NO分解生成O2的反应的平衡常数表达式为K1＝c(N2)·c(O2)

B．常温下，水分解生成O2，此时平衡常数的数值约为5×10－80

C．常温下，NO、H2O、CO2三种化合物分解放出O2的倾向由大到小的顺序为NO>H2O>CO2

D．以上说法都不正确

解析:选C。K1的表达式应为K1＝；常温下，水分解生成O2，是H2和O2化合生成H2O的逆反应，因此其平衡常数的数值应为K2的倒数，数值为5×10－82；由于三个反应都在常温下进行，根据K值的大小可以得出三种化合物分解放出O2的倾向由大到小的顺序为NO>H2O>CO2。

·命题角度二：平衡常数与转化率相结合的计算

8．(2022·忻州模拟)处理NO、NO2等含氮气体是环保热点之一，CO可将部分氮的氧化物还原为N2。回答下列问题：

(1)反应Ⅰ：CO(g)＋NO2(g) CO2(g)＋NO(g)　ΔH1

反应Ⅱ：2CO(g)＋2NO(g) N2(g)＋2CO2(g)　ΔH2

测定反应Ⅰ和反应Ⅱ的平衡常数Kx1和Kx2与温度的关系，满足lgKx1～和lgKx2－均为线性关系，如图所示：

反应4CO(g)＋2NO2(g) N2(g)＋4CO2(g)的Kx＝______________(用Kx1和Kx2表示)，该反应的ΔH______________0(填“>”或“<”)。

(2)一定温度下，在体积为1 L的密闭容器中充入均为1 mol的CO和NO2气体，发生上述Ⅰ和Ⅱ反应，测得数据如下：

①已知v正＝k正cm(CO)·cn(NO2)，k正为速率常数。则m＝____________，k正的值为________________。

②反应一段时间，当v正＝3.3×10－2 mol·L－1·s－1，氮气浓度不再变化且c(N2)＝0.1 mol·L－1时，容器中c(CO2)＝________________mol·L－1，以物质的量分数表示的化学平衡常数Kx1＝________________，若继续向密闭容器中通入均为0.1 mol的NO2和NO，此时反应Ⅰ______________(填“向正反应方向进行”“向逆反应方向进行”或“处于平衡状态”)。

解析:(1)由反应Ⅰ：CO(g)＋NO2(g) CO2(g)＋NO(g) ΔH1；反应Ⅱ：2CO(g)＋2NO(g) N2(g)＋2CO2(g) ΔH2可知：Kx1＝，Kx2＝，所以Kx＝＝K2x1·Kx2。由图像可知，随逐渐升高(即T逐渐降低)，lgKx1和lgKx2逐渐增大，可得反应Ⅰ和反应Ⅱ均为放热反应。已知反应Ⅰ：CO(g)＋NO2(g) CO2(g)＋NO(g) ΔH1，反应Ⅱ：2CO(g)＋2NO(g) N2(g)＋2CO2(g) ΔH2，根据盖斯定律2×①＋②，整理可得目标反应，4CO(g)＋2NO2(g) N2(g)＋4CO2(g)，所以ΔH＝2ΔH1＋ΔH2。因为反应Ⅰ和反应Ⅱ均为放热反应，所以ΔH1和ΔH2均小于零，因此可得ΔH<0。

(2)①对比实验a和实验b，c(NO2)不变，实验b的c(CO)是实验a的两倍，实验b的v正是实验a的2倍，说明v正与c(CO)成正比，所以m＝1；对比实验a和实验c，c(CO)不变，实验c的c(NO2)是实验a的3倍，实验c的v正是实验a的3倍，说明v正与c(NO2)成正比，所以n＝1。故有v正＝k正c(CO)·c(NO2)，将实验a的数据代入上述速率方程中，得k正＝0.22。

②一定温度下，在体积为1 L的密闭容器中充入均为1 mol的CO和NO2气体，则c(CO)＝c(NO2)＝1.0 mol·L－1。设达到平衡时发生反应Ⅰ的c(CO)＝x，发生反应Ⅱ的c(CO)＝y，则由反应方程式中各物质之间的定量关系得

　CO(g)＋NO2(g) CO2(g)＋NO(g)

    x       x      x      x

　2CO(g)＋2NO(g) N2(g)＋2CO2(g)

    y       y            y

由题给信息知c(N2)＝0.1 mol·L－1，可得y＝0.2 mol·L－1，则平衡时c(CO)＝1 mol·L－1－x－y＝0.8 mol·L－1－x，c(NO2)＝1 mol·L－1－x，代入速率方程：3.3×10－2 mol·L－1·s－1＝0.22 L·mol－1·s－1(0.8 mol·L－1－x)(1 mol·L－1－x)，解得x＝0.5 mol·L－1；因为容器的体积为1 L，则气体的物质的量和物质的量浓度在数值上相等，则平衡时可求得n(CO)＝1－x－y＝0.3 mol、n(NO2)＝1－x＝0.5 mol、n(CO2)＝x＋y＝0.7 mol、n(NO)＝x－y＝0.3 mol，平衡时气体的总物质的量n(总)＝n(CO)＋n(NO2)＋n(CO2)＋n(NO)＋n(N2)＝1.9 mol，平衡常数Kx1＝＝；再通入0.1 mol的NO2和0.1 mol NO后，此时Q＝＝>Kx1，故反应向逆反应方向进行。

答案：(1)K2x1·Kx2　<

(2)①1　0.22　②0.7　　向逆反应方向进行

9.合成氨是目前最有效工业固氮的方法,解决数亿人口生存问题。科学家研究利用铁触媒催化合成氨的反应历程如图所示,其中吸附在催化剂表面的物种用“ad”表示。

由图可知合成氨反应N2(g)+H2(g)NH3(g)的ΔH=________kJ·mol-1。该历程中反应速率最慢的步骤的化学方程式为_____________________。 

解析:根据图示可知,合成氨反应N2(g)+H2(g) NH3(g)的ΔH=

-46 kJ·mol-1; 该反应速率最慢的步骤为活化能最大的步骤,结合题图可知,该步骤的化学方程式为Nad+3Had===NHad+2Had。

答案:-46　Nad+3Had===NHad+2Had

10.(能力拔高题)(2022·安徽师大附中模拟)CO2加氢可缓解CO2带来的环境压力,同时带来巨大的经济效益。CO2加氢过程,主要发生的三个竞争反应为

反应Ⅰ:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH=-49.0 kJ·mol-1

反应Ⅱ:CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g)　ΔH=-165.0 kJ·mol-1

反应Ⅲ:CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)　ΔH=+41.18 kJ·mol-1

回答下列问题:

在Pt/SiO2催化剂表面上反应Ⅱ的前三步反应历程如图所示(吸附在Pt/SiO2催化剂表面用“·”标注,Ts表示过渡态),则物质吸附在催化剂表面,形成过渡态的过程会____________(填“放出热量”或“吸收热量”),反应历程中最小能垒(活化能)步骤的化学方程式为______________________________________。 

解析:由图可知,物质吸附在催化剂表面,形成过渡态的过程中,物质的内能均增大,即均为吸热过程;图中最小能垒(活化能)步骤为过渡态Ts3,反应为·OH+·H===H2O(g)。

答案:吸收热量　·OH+·H===H2O(g)

11.氢气进行如下反应：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)　ΔH<0，其化学平衡常数K与温度T的关系如表所示：

请完成下列问题：

①写出化学平衡常数K的表达式________________。

②试比较K1、K2的大小，K1______________K2(填“>”“<”或“＝”)；

③400 ℃时，反应2NH3(g)⇌N2(g)＋3H2(g)的化学平衡常数为______________。当测得NH3、N2和H2物质的量分别为3 mol、2 mol和1 mol时，则该反应的v(N2)正________________v(N2)逆(填“>”“<”或“＝”)。

解析:(1)若在5分钟时反应达到平衡，此时测得NH3的物质的量为0.2 mol，因此消耗氢气的物质的量是0.2 mol×＝0.3 mol，氢气的转化率为×100%＝50%，由方程式可知，消耗氮气为0.1 mol，平衡时氮气的浓度是＝0.05 mol·L－1；(2)加了催化剂加快反应速率，不影响平衡移动，氢气转化率不变，选项A错误；增大容器体积，压强减小，平衡向逆反应方向移动，氢气转化率减小，选项B错误；正反应为放热反应，降低反应体系的温度，平衡正向移动，氢气转化率增大，选项C正确；加入一定量N2，平衡正向移动，氢气转化率增大，选项D正确；

(3)①由反应可知平衡常数的表达式为K＝；②正反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，平衡常数减小，故K1>K2；③400 ℃时，反应2NH3(g) N2(g)＋3H2(g)的化学平衡常数与N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)的平衡常数互为倒数，则400 ℃时，反应2NH3(g) N2(g)＋3H2(g)的化学平衡常数K＝＝2；此时浓度商Qc＝＝<K＝2，反应向正反应进行，则该反应的v(N2)正>v(N2)逆。

答案：(1)0.05 mol·L－1　50　(2)CD

(3)①　②>　③2　>

12.在一定体积的密闭容器中，进行如下化学反应：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋

H2O(g)，其化学平衡常数K和温度t的关系如下表所示，回答下列问题：

(1)该反应为______________(填“吸热”或“放热”)反应。

(2)某温度下，各物质的平衡浓度符合下式：

3c(CO2)·c(H2)＝5c(CO)·c(H2O)，试判断此时的温度为____________。

(3)在1 200 ℃时，某时刻平衡体系中CO2、H2、CO、H2O的浓度分别为2 mol·L－1、2 mol·L－1、4 mol·L－1、4 mol·L－1，则此时上述反应的平衡__________(填“向正反应方向”“向逆反应方向”或“不”)移动。

解析:(1)根据题干中的表格可知，随着温度的升高，平衡常数逐渐增大，说明正反应为吸热反应。(2)某温度下，各物质的平衡浓度有如下关系3c(CO2)·c(H2)＝5c(CO)·c(H2O)，根据该反应的平衡常数表达式K＝可知，K＝＝0.6，平衡常数只与温度有关，温度一定，平衡常数为定值，所以此时对应温度为700 ℃。

(3)1 200 ℃时，Q＝，将各物质的浓度代入可得Q＝4，而此温度下的平衡常数为2.6，即Q＞K，所以平衡向逆反应方向移动。

答案：(1)吸热　(2)700 ℃　(3)向逆反应方向