2023届高考化学二轮复习《化学反应原理》大题专练06

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《化学反应原理》大题专练6
1．煤的气化产物(CO、H2)可用于制备合成天然气(SNG)，涉及的主要反应如下：
CO甲烷化：CO(g)＋3H2(g)CH4(g)＋H2O(g)　ΔH1＝－206.2 kJ·mol－1
水煤气变换：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　ΔH2＝－41.2 kJ·mol－1
回答下列问题：
(1)反应CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g)的ΔH＝________kJ·mol－1。某温度下，分别在起始体积相同的恒容容器A、恒压容器B中加入1 mol CO2和4 mol H2的混合气体，两容器中反应达平衡后放出或吸收的热量较多的是________(填“A”或“B”)。
(2)在恒压管道反应器中按n(H2)∶n(CO)＝3∶1 通入原料气，在催化剂作用下制备合成天然气，400 ℃、p总为100 kPa时反应体系平衡组成如下表所示。
组分
CH4
H2O
H2
CO2
CO
体积分数
φ/%
45.0
42.5
10.0
2.00
0.500
①该条件下CO的总转化率α＝________。若将管道反应器升温至500 ℃，反应达到平衡后CH4的体积分数φ________45.0%(填“＞”“＜”或“＝”)。
②Kp、Kx分别是以分压、物质的量分数表示的平衡常数，Kp只受温度影响。400 ℃时，CO甲烷化反应的平衡常数Kp＝________kPa－2(保留1位小数)；Kx＝________(以Kp和p总表示)。其他条件不变，增大p总至150 kPa，Kx________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(3)制备合成天然气时，采用在原料气中通入水蒸气来缓解催化剂积碳。积碳反应为
反应Ⅰ　CH4(g)C(s)＋2H2(g)　ΔH＝＋75 kJ·mol－1，
反应Ⅱ　2CO(g)C(s)＋CO2(g)　ΔH＝－172 kJ·mol－1。
平衡体系中水蒸气浓度对积碳量的影响如图所示，下列说法正确的是________。

A．曲线1在550～700 ℃积碳量增大的原因可能是反应Ⅰ、Ⅱ的速率增大
B．曲线1在700～800 ℃积碳量减小的原因可能是反应Ⅱ逆向移动
C．曲线2、3在550～800 ℃积碳量较低的原因是水蒸气的稀释作用使积碳反应速率减小
D．水蒸气能吸收反应放出的热量，降低体系温度至550 ℃以下，有利于减少积碳
2．绿水青山是习总书记构建美丽中国的伟大设想，研究碳、氮、硫等大气污染物和水污染物的处理对建设美丽中国具有重要意义。
(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)2NO(g)　ΔH1＝＋179.5 kJ·mol－1
②NO2(g)＋CO(g)NO(g)＋CO2(g)　ΔH2＝－234 kJ·mol－1
③2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)　ΔH3＝－112.3 kJ·mol－1
则反应2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g)的ΔH＝__________kJ·mol－1；某温度下，反应①②③的平衡常数分别为K1、K2、K3，则该反应的K＝__________(用K1、K2、K3表示)。
(2)用活化后的V2O5做催化剂，氨将NO还原成N2的一种反应历程如图所示。

①写出总反应的化学方程式：_____________________________________________。
②测得该反应的平衡常数与温度的关系为lg K＝5.08＋217.5/T，该反应是________反应(填“吸热”或“放热”)。
③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700 K时，发生副反应的化学方程式：_________________________________________。

(3)利用氨水吸收工业废气中的SO2，既可解决环境问题，又可制备(NH4)2SO3。可用(NH4)2SO3为原料，以空气氧化法制备(NH4)2SO4，其氧化速率与温度关系如下图：

试解释在温度较高时，(NH4)2SO3 氧化速率下降的原因是________________________；相同条件下，等浓度的(NH4)2SO3和(NH4)2SO4溶液中，c(NH)前者________(填“大”或“小”)。
3．工业废气和汽车尾气含有多种氮氧化物，以NOx表示，NOx能破坏臭氧层，产生光化学烟雾，是造成大气污染的来源之一。按要求回答下列问题：
(1)NO2与N2O4存在以下转化关系：2NO2(g)N2O4(g)。
①已知：标准状况(25 ℃、101 kPa)下，由最稳定的单质生成1 mol 化合物的焓变(或反应热)，称为该化合物的标准摩尔生成焓。几种氧化物的标准摩尔生成焓如下表所示：
物质
NO(g)
NO2(g)
N2O4(g)
CO(g)
标准摩尔生成焓/(kJ·mol－1)
90.25
33.18
9.16
－110.53
则NO2转化成N2O4的热化学方程式为_________________________________________。
②将一定量N2O4投入固定容积的恒温容器中，下述现象能说明反应达到平衡状态的是________(填标号)。
A．v(N2O4)＝2v(NO2) B．气体的密度不变
C．c(N2O4)/c(NO2)不变 D．气体的平均相对分子质量不变
③达到平衡后，保持温度不变，将气体体积压缩到原来的一半，再次达到平衡时，混合气体颜色________(填“变深”“变浅”或“不变”)，判断理由是________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)在容积均为2 L的甲、乙两个恒容密闭容器中，分别充入等量NO2，发生反应：2NO2(g)2NO(g)＋O2(g)。保持温度分别为T1、T2，测得n(NO2)与n(O2)随时间的变化如图所示：

①T1时，反应从开始到第2 min，平均速率v(O2)＝________，该温度下平衡常数K＝________。
②实验测得：v正＝k正c2(NO2)，v逆＝k逆c2(NO)·c(O2)，k正、k逆为速率常数，受温度影响，下列有关说法正确的是______(填标号)。
A．反应正向放热 B．a点处，v逆(甲) C．k正(T2)>k正(T1) D．温度改变，k正与k逆的比值不变
(3)硫代硫酸钠(Na2S2O3)在碱性溶液中是较强的还原剂，可用于净化氧化度较高的NOx废气，使之转化为无毒、无污染的N2。请写出NO2与硫代硫酸钠碱性溶液反应的离子方程式：__________________________________________________________________________。
4．乙炔可用于照明、焊接及切割金属，也是制备乙醛、醋酸、苯、合成橡胶、合成纤维等的基本原料。甲烷催化裂解是工业上制备乙炔的方法之一。回答下列问题：
(1)已知：CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH1＝－890 kJ/mol；C2H2(g)＋O2(g)===2CO2(g)＋H2O(l)　ΔH2＝－1 300 kJ/mol；2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH3＝－572 kJ/mol。
则2CH4(g)===C2H2(g)＋3H2(g)　ΔH＝________kJ/mol。
(2)某科研小组尝试利用固体表面催化工艺进行CH4的裂解。
①若用、、和分别表示CH4、C2H2、H2和固体催化剂，在固体催化剂表面CH4的裂解过程如图1所示。从吸附到解吸的过程中，能量状态最低的是________(填标号)，其理由是___________________________________________。

②在恒容密闭容器中充入a mol甲烷，测得单位时间内在固体催化剂表面CH4的转化率[α(CH4)]与温度(t/℃)的关系如图2所示，t0℃后CH4的转化率突减的原因可能是________。

(3)甲烷分解体系中几种气体的平衡分压(p/Pa)与温度(t/℃)的关系如图3所示。
①t1℃时，向V L恒容密闭容器中充入0.12 mol CH4，只发生反应2CH4(g)C2H4(g)＋2H2(g)，达到平衡时，测得p(C2H4)＝p(CH4)。CH4的平衡转化率为________。在上述平衡状态某一时刻，改变温度至t2℃，CH4以0.01 mol/(L·s)的平均速率增多，则t1________t2(填“＞”“＝”或“＜”)。
②在图3中，t3℃时，化学反应2CH4(g)C2H2(g)＋3H2(g)的压强平衡常数Kp＝________。
5．CO和H2是工业上最常用的合成气，该合成气的制备方法很多，它们也能合成许多重要的有机物。回答下列问题：
(1)制备该合成气的一种方法是以CH4和H2O为原料，有关反应的能量变化如图所示。

CH4(g)与H2O(g)反应生成CO(g)和H2(g)的热化学方程式为 。
(2)工业乙醇也可用CO和H2合成，常含一定量甲醇，各国严禁使用成本低廉的工业酒精勾兑食用酒，但一般定性的方法很难检测出食用酒中的甲醇。有人就用硫酸酸化的橙色K2Cr2O7溶液定量测定混合物中甲醇的含量，甲醇与酸性K2Cr2O7溶液反应生成CO2、Cr2(SO4)3等物质，写出其化学方程式___________。
(3)为了检验由CO和H2合成气合成的某有机物M的组成，进行了如下测定：将1.84g M在氧气中充分燃烧，将生成的气体混合物通过足量的碱石灰，碱石灰增重4.08g，又知生成CO2和H2O的物质的量之比为3∶4。则M中碳、氢、氧原子个数之比为____。
(4)CO2和H2合成甲醇涉及以下反应：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ∆H=-49.58kJ/mol。在反应过程中可以在恒压的密闭容器中，充入一定量的CO2和H2，测得不同温度下，体系中CO2的平衡转化率与压强的关系曲线如图所示：

①反应过程中，表明反应达到平衡状态的标志是______。
A．生成3mol O-H键，同时断裂3mol H-H键 B．容器中气体的压强不再变化
C．容器中气体的平均摩尔质量不变 D．CH3OH的浓度不再改变
②比较T1与T2的大小关系：T1___T2(填“<”、“=”或“>”)。
③在T1和P2的条件下，向密闭容器中充入1mol CO2和3mol H2，该反应在第5 min时达到平衡，此时容器的容积为2.4 L，则该反应在此温度下的平衡常数为____，保持T1和此时容器的容积不变，再充入1mol CO2和3mol H2，设达到平衡时CO2的总转化率为a，写出一个能够解出a的方程或式子___(不必化简，可以不带单位)。
6．铁及其化合物在日常生活、生产中应用广泛，研究铁及其化合物的应用意义重大．回答下列问题：
(1)已知高炉炼铁过程中会发生如下反应：
FeO(s)+CO(g)=Fe(s)+CO2(g) ΔH1
Fe2O3(s)+1/3CO(g)=2/3Fe3O4(s)+1/3CO2(g) ΔH2
Fe3O4(s)+CO(g)=3Fe(s)+CO2(g) ΔH3
Fe2O3(s)+CO(g)=2Fe(s)+3CO2(g) ΔH4
则ΔH4的表达式为_____(用含ΔH1、ΔH2、ΔH3的代数式表示)。
(2)上述反应在高炉中大致分为三个阶段，各阶段主要成分与温度的关系如下：
温度
250℃
600℃
1000℃
2000℃
主要成分
Fe2O3
Fe3O4
FeO
Fe
1600℃时固体物质的主要成分为_____，该温度下若测得固体混合物中m(Fe)∶m(O)=35∶2，则FeO被CO还原为Fe的百分率为_________(设其它固体杂质中不含FeO元素)。
(3)铁等金属可用作CO与氢气反应的催化剂．已知某种催化剂可用来催化反应CO(g)+3H2(g)=CH4(g)+H2O(g) ΔH＜0。在T℃，106Pa时将lmol CO和3mol H2加入体积可变的密闭容器中，实验测得CO的体积分数x(CO)如下表：
t/min
0
10
20
30
40
50
x(CO)
0.25
0.23
0.214
0.202
0.193
0.193
①能判断CO(g)+3H2(g)CH4(g)+H2O(g)达到平衡的是_____(填序号)。
a．容器内压强不再发生变化 b．混合气体的密度不再发生变化
c．v正(CO)=3v逆(H2) d．混合气体的平均相对分子质量不再发生变化
②达到平衡时CO的转化率为___________；在T℃ 106Pa时该反应的压强平衡常数Kp(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数)的计算式为_____。
③图表示该反应CO的平衡转化率与温度、压强的关系。图中温度T1、T2、T3由高到低的顺序是_____，理由是_____________。

7．合成氨对人类生存具有重大意义，反应为：N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH
(1)科学家研究在催化剂表面合成氨的反应机理，反应步骤与能量的关系如图所示（吸附在催化剂表面的微粒用*标注，省略了反应过程中部分微粒）。

①NH3的电子式是___________________。
②决定反应速率的一步是_______________（填字母a、b、c.…）。
③由图象可知合成氨反应的ΔH____0（填“＞”、“＜”或“=”）。
(2)传统合成氨工艺是将N2和H2在高温、高压条件下发生反应。若向容积为1.0L的反应容器中投入5mol N2、15mol H2，在不同温度下分别达平衡时，混合气中NH3的质量分数随压强变化的曲线如图所示：

①温度T1、T2、T3大小关系是_____________。
②M点的平衡常数K=________________（可用分数表示）。
(3)目前科学家利用生物燃料电池原理（电池工作时MV2+/MV+在电极与酶之间传递电子），研究室温下合成氨并取得初步成果，示意图如图：

①导线中电子移动方向是______________。
②固氮酶区域发生反应的离子方程式是_______________。
③相比传统工业合成氨，该方法的优点有___________________。
8．二甲醚是一种重要的清洁燃料，可替代氟氯代烷作制冷剂，利用水煤气合成二甲醚的三步反应如下：
2H2(g)+CO(g)=CH3OH(g) ΔH=-90.8kJ·mol−1
2CH3OH(g)=CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH=-23.5kJ·mol−1
CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g) ΔH=-41.3kJ·mol−1
请回答下列问题。
(1)由H2和CO直接制备二甲醚的总反应：3H2(g)+3CO(g)=CH3OCH3(g)+CO2(g)的ΔH=________。一定条件下的密闭容器中，该总反应达到平衡，要提高CO的平衡转化率，可以采取的措施有________（填字母代号）。
a．高温高压 b．加入催化剂 c．分离出CO2 d．增加CO的量 e．分离出二甲醚
(2)某温度下反应2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)的平衡常数为400。此温度下，在密闭容器中加入CH3OH，反应到某时刻测得各组分的浓度如下：
物质
CH3OH
CH3OCH3
H2O
浓度/（mol·L−1）
0.44
0.6
0.6
①比较此时正、逆反应速率的大小：v正___（填“＞”“＜”或“=”）v逆。
②若加入CH3OH后，经10min反应达到平衡，此时c（CH3OH）=________，该时间段内v（CH3OH）=________
(3)有研究者在催化剂（含Cu—Zn—Al—O和Al2O3）、压强为5.0MPa的条件下，在相同时间内测得CH3OCH3产率随温度变化的曲线如图甲所示。其中CH3OCH3产率随温度升高而降低的原因可能是_____________________________________。

(4)二甲醚直接燃料电池具有启动快、效率高、能量密度高等优点，可用于电化学降解治理水中硝酸盐的污染。电化学降解NO的原理如图乙所示。若电解质为酸性，二甲醚直接燃料电池的负极反应式为____________________；若电解过程中转移了2mol电子，则阳极室减少的质量为_________g。
9．科学家研究出一种以天然气为燃料的“燃烧前捕获系统”，其简单流程如图所示(条件及物质未标出)。

(1)已知：CH4、CO、H2的燃烧热分别为890.3 kJ·mol－1、283.0 kJ·mol－1、285.8 kJ·mol－1，则上述流程中第一步反应2CH4(g)＋O2(g)===2CO(g)＋4H2(g)的ΔH＝________。
(2)工业上可用H2和CO2制备甲醇，其反应方程式为CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)，某温度下，将1 mol CO2和3 mol H2充入体积不变的2 L密闭容器中，发生上述反应，测得不同时刻反应前后的压强关系如下表：
时间/h
1
2
3
4
5
6

0.90
0.85
0.83
0.81
0.80
0.80
①用H2表示前2 h的平均反应速率v(H2)＝________；
②该温度下，CO2的平衡转化率为________。
(3)在300 ℃、8 MPa下，将CO2和H2按物质的量之比1∶3通入一密闭容器中发生(2)中反应，达到平衡时，测得CO2的平衡转化率为50%，则该反应条件下的平衡常数为Kp＝________(MPa)－2(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)。
(4)CO2经催化加氢可合成低碳烯烃：2CO2(g)＋6H2(g)C2H4(g)＋4H2O(g)　ΔH。在0.1 MPa时，按n(CO2)∶n(H2)＝1∶3投料，如图所示为不同温度(T)下，平衡时四种气态物质的物质的量(n)关系。

①该反应的ΔH________0(填“>”或“<”)。
②曲线c表示的物质为________。
③为提高H2的平衡转化率，除改变温度外，还可采取的措施________________________。
10．CO2催化加氢制甲醇，是极具前景的温室气体资源化研究领域。在某CO催化加氢制甲醇的反应体系中，发生的主要反应有：
ⅰ.CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH1＝－49.4 kJ·mol－1
ⅱ.CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)　ΔH2＝＋41.2 kJ·mol－1
ⅲ.CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)　ΔH3
(1)ΔH3＝________kJ·mol－1
(2)5 MPa时，往某密闭容器中按投料比n(H2)∶n(CO2)＝3∶1充入H2和CO2。反应达到平衡时，测得各组分的物质的量分数随温度变化的曲线如图所示。

①体系中CO2的物质的量分数受温度的影响不大，原因是_____________________________
________________________________________________________________________。
②250 ℃时，反应ⅱ的平衡常数________1(填“>”“<”或“＝”)。
③下列措施中，无法提高甲醇产率的是________(填标号)。
A．加入适量CO 　 B．增大压强 C．循环利用原料气 D．升高温度
④如图中X、Y分别代表_________________________________________(填化学式)。
(3)反应ⅰ可能的反应历程如下图所示。

注：方框内包含粒子种类及数目、粒子的相对总能量(括号里的数字或字母，单位：eV)。其中，TS表示过渡态、*表示吸附在催化剂上的微粒。
①反应历程中，生成甲醇的决速步骤的反应方程式为________________________________。
②相对总能量E＝________(计算结果保留2位小数)。(已知：1 eV＝1.6×10－22 kJ)
(4)用电解法也可实现CO2加氢制甲醇(稀硫酸作电解质溶液)。电解时，往电解池的________极通入氢气，阴极上的电极反应为_______________________。