统考版2024版高考化学一轮复习微专题小练习专练44化学反应原理综合题

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（1）在一定温度下，向体积固定的密闭容器中加入足量的C（s）和1ml H2O（g），起始压强为0.2 MPa时，发生下列反应生成水煤气：
Ⅰ.C（s）＋H2O（g）⇌CO（g）＋H2（g）ΔH1＝＋131.4 kJ·ml－1
Ⅱ.CO（g）＋H2O（g）⇌CO2（g）＋H2（g）ΔH2＝－41.1 kJ·ml－1
①下列说法正确的是 ；
A．平衡时向容器中充入惰性气体，反应Ⅰ的平衡逆向移动
B．混合气体的密度保持不变时，说明反应体系已达到平衡
C．平衡时H2的体积分数可能大于 eq \f(2,3)
D．将炭块粉碎，可加快反应速率
②反应平衡时，H2O（g）的转化率为50%，CO的物质的量为0.1 ml。此时，整个体系 （填“吸收”或“放出”）热量 kJ，反应Ⅰ的平衡常数Kp＝ （以分压表示，分压＝总压×物质的量分数）。
（2）一种脱除和利用水煤气中CO2方法的示意图如下：
①某温度下，吸收塔中K2CO3溶液吸收一定量的CO2后，c（CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) ）∶c（HCO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) ）＝1∶2，则该溶液的pH＝ （该温度下H2CO3的Ka1＝4.6×10－7，Ka2＝5.0×10－11）；
②再生塔中产生CO2的离子方程式为 ；
③利用电化学原理，将CO2电催化还原为C2H4，阴极反应式为 。
2．[2023·全国乙卷]硫酸亚铁在工农业生产中有许多用途，如可用作农药防治小麦黑穗病，制造磁性氧化铁、铁催化剂等。回答下列问题：
（1）在N2气氛中，FeSO4·7H2O的脱水热分解过程如图所示：
根据上述实验结果，可知x＝ ，y＝ 。
（2）已知下列热化学方程式：
FeSO4·7H2O（s）===FeSO4（s）＋7H2O（g） ΔH1＝a kJ·ml－1
FeSO4·xH2O（s）===FeSO4（s）＋xH2O（g） ΔH2＝b kJ·ml－1
FeSO4·yH2O（s）===FeSO4（s）＋yH2O（g） ΔH3＝c kJ·ml－1
则FeSO4·7H2O（s）＋FeSO4·yH2O（s）＝2（FeSO4·xH2O）（s）的ΔH＝ kJ·ml－1。
（3）将FeSO4置入抽空的刚性容器中，升高温度发生分解反应：2FeSO4（s）⇌Fe2O3（s）＋SO2（g）＋SO3（g）（Ⅰ）。平衡时p eq \a\vs4\al(SO3) ­T的关系如下图所示。660 K时，该反应的平衡总压p总＝ kPa、平衡常数Kp（Ⅰ）=== （kPa）2。Kp（Ⅰ）随反应温度升高而 （填“增大”“减小”或“不变”）。
（4）提高温度，上述容器中进一步发生反应2SO3（g）⇌2SO2（g）＋O2（g）（Ⅱ），平衡时p eq \a\vs4\al(O2) ＝ （用p eq \a\vs4\al(SO3) 、p eq \a\vs4\al(SO2) 表示）。在929 K时，p总＝84.6 kPa，p eq \a\vs4\al(SO3) ＝35.7 kPa，则p eq \a\vs4\al(SO2) ＝ kPa，Kp（Ⅱ）＝ kPa（列出计算式）。
3．[2023·新课标卷]氨是最重要的化学品之一，我国目前氨的生产能力位居世界首位。回答下列问题：
（1）根据图1数据计算反应 eq \f(1,2) N2（g）＋ eq \f(3,2) H2（g）===NH3（g）的ΔH＝ kJ·ml－1。
（2）研究表明，合成氨反应在Fe催化剂上可能通过图2机理进行（*表示催化剂表面吸附位，N eq \\al(\s\up1(*),\s\d1(2)) 表示被吸附于催化剂表面的N2）。判断上述反应机理中，速率控制步骤（即速率最慢步骤）为 （填步骤前的标号），理由是 。
（3）合成氨催化剂前驱体（主要成分为Fe3O4）使用前经H2还原，生成α­ Fe包裹的Fe3O4。已知α­ Fe属于立方晶系，晶胞参数a＝287 pm，密度为7.8 g·cm－3，则α­ Fe晶胞中含有Fe的原子数为 （列出计算式，阿伏加德罗常数的值为NA）。
（4）在不同压强下，以两种不同组成进料，反应达平衡时氨的摩尔分数与温度的计算结果如下图所示。其中一种进料组成为xH2＝0.75、xN2＝0.25，另一种为xH2＝0.675、xN2＝0.225、xAr＝0.10。（物质i的摩尔分数：xi＝ eq \f(ni,n总) ）
①图中压强由小到大的顺序为 ，判断的依据是 。
②进料组成中含有惰性气体Ar的图是 。
③图3中，当p2＝20MPa、xNH3＝0.20时，氮气的转化率α＝ 。该温度时，反应 eq \f(1,2) N2（g）＋ eq \f(3,2) H2（g）⇌NH3（g）的平衡常数Kp＝ （MPa）－1（化为最简式）。
4．[2022·浙江卷1月（节选）]工业上，以煤炭为原料，通入一定比例的空气和水蒸气，经过系列反应可以得到满足不同需求的原料气。
请回答：
（1）在C和O2的反应体系中：
反应1 C（s）＋O2（g）===CO2（g） ΔH1＝－394 kJ·ml－1
反应2 2CO（g）＋O2（g）===2CO2（g） ΔH2＝－566 kJ·ml－1
反应3 2C（s）＋O2（g）===2CO（g） ΔH3
①设y＝ΔH－TΔS，反应1、2和3的y随温度T的变化关系如图1所示。图中对应于反应3的线条是__________________________________________________。
②一定压强下，随着温度的升高，气体中CO与CO2的物质的量之比 。
A．不变 B．增大
C．减小 D．无法判断
（2）水煤气反应：C（s）＋H2O（g）===CO（g）＋H2（g） ΔH＝131 kJ·ml－1。工业生产水煤气时，通常交替通入合适量的空气和水蒸气与煤炭反应，其理由是________________________________________________________________________
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专练44 化学反应原理综合题
1．(1)①BD ②吸收 31.2 0.02 MPa
(2)①10 ②2HCO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) eq \(=====,\s\up7(△)) H2O＋CO2↑＋CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3))
③2CO2＋12H＋＋12e－===C2H4＋4H2O
解析：(1)①平衡时向容器中充入惰性气体，各物质浓度不变，反应Ⅰ的平衡不移动，A错误；C(s)在反应过程中转化成气体，气体质量增大，使气体密度增大，直至反应达到平衡，B正确；由Ⅰ＋Ⅱ得C(s)＋2H2O(g)⇌CO2(g)＋2H2(g)，当该反应进行到底时，H2的体积分数为 eq \f(2,3) ，但可逆反应不可能进行到底，故C错误；将炭块粉碎，增大了炭与水蒸气的接触面积，可加快反应速率，D正确。②设反应达到平衡时，反应Ⅰ消耗x ml H2O(g)、反应Ⅱ消耗y ml H2O(g)，由题中信息可得：
Ⅰ.C(s)＋H2O(g)⇌CO(g)＋H2(g)
起始量/ml: 1 0 0
变化量/ml: xxx
Ⅱ.CO(s)＋H2O(g)⇌CO2(g)＋H2(g)
变化量/ml: yyyy
平衡量/ml: x－y 1－x－yyx＋y
则x＋y＝50%×1、x－y＝0.1，解得x＝0.3、y＝0.2，故整个体系的热量变化为＋131.4 kJ·ml－1×0.3 ml－41.1 kJ·ml－1×0.2 ml＝＋31.2 kJ(吸收热量)。平衡时气体总物质的量是1.3 ml，总压强为0.26 MPa，故反应Ⅰ的平衡常数Kp＝ eq \f(p（CO）·p（H2）,p（H2O）) ＝ eq \f(\f(0.1,1.3)×0.26 MPa×\f(0.5,1.3)×0.26 MPa,\f(0.5,1.3)×0.26 MPa) ＝0.02 MPa。
(2)①由Ka2＝ eq \f(c（CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) ）·c（H＋）,c（HCO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) ）) ＝5.0×10－11、c(CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) )∶c(HCO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) )＝1∶2，可得c(H＋)＝1.0×10－10ml·L－1，pH＝－lg c(H＋)＝10。②再生塔中产生CO2的同时生成K2CO3，说明KHCO3在水蒸气加热条件下发生分解反应。③由题意知，CO2在阴极得到电子生成C2H4，图中质子交换膜提示有H＋参与反应，故阴极反应式为2CO2＋12H＋＋12e－===C2H4＋4H2O。
2．(1)4 1 (2)(a＋c－2b)
(3)3 2.25 增大
(4) eq \f(p\a\vs4\al(SO2)－p\a\vs4\al(SO3),4) 46.26 eq \f(46.262×2.64,35.72)
解析：(1)由图中信息可知，当失重比为19.4%时，FeSO4·7H2O转化为FeSO4·xH2O，则 eq \f(18（7－x）,278) ＝19.4%，解得x＝4；当失重比为38.8%时，FeSO4·7H2O转化为FeSO4·yH2O，则 eq \f(18（7－y）,278) ＝38.8%，解得y＝1。
(2)①FeSO4·7H2O(s)===FeSO4(s)＋7H2O(g) ΔH1＝a kJ·ml－1
②FeSO4·xH2O(s)===FeSO4(s)＋xH2O(g) ΔH2＝b kJ·ml－1
③FeSO4·yH2O(s)===FeSO4(s)＋yH2O(g) ΔH3＝c kJ·ml－1
根据盖斯定律可知，①＋③－②×2可得FeSO4·7H2O(s)＋FeSO4·yH2O(s)===2(FeSO4·xH2O)(s)，则ΔH＝(a＋c－2b) kJ·ml－1。
(3)将FeSO4置入抽空的刚性容器中，升高温度发生分解反应：2FeSO4(s)⇌Fe2O3(s)＋SO2(g)＋SO3(g)(Ⅰ)。由平衡时p eq \a\vs4\al(SO3) ­T的关系图可知，660 K时，p eq \a\vs4\al(SO3) ＝1.5 kPa，则p eq \a\vs4\al(SO2) ＝1.5 kPa，因此，该反应的平衡总压p总＝3 kPa、平衡常数Kp(Ⅰ)＝1.5 kPa×1.5 kPa＝2.25(kPa)2。由图中信息可知，p eq \a\vs4\al(SO3) 随着温度升高而增大，因此，Kp(Ⅰ)随反应温度升高而增大。
(4)提高温度，上述容器中进一步发生反应2SO3(g)⇌2SO2(g)＋O2(g)(Ⅱ)，在同温同压下，不同气体的物质的量之比等于其分压之比，由于仅发生反应(Ⅰ)时p eq \a\vs4\al(SO3) ＝p eq \a\vs4\al(SO2) ，则p eq \a\vs4\al(SO3) ＋2p eq \a\vs4\al(O2) ＝p eq \a\vs4\al(SO2) －2p eq \a\vs4\al(O2) ，因此，平衡时p eq \a\vs4\al(O2) ＝ eq \f(p\a\vs4\al(SO2)－p\a\vs4\al(SO3),4) 。在929 K时，p总＝84.6 kPa、p eq \a\vs4\al(SO3) ＝35.7 kPa，则p eq \a\vs4\al(SO3) ＋p eq \a\vs4\al(SO2) ＋p eq \a\vs4\al(O2) ＝p总、p eq \a\vs4\al(SO3) ＋2p eq \a\vs4\al(O2) ＝p eq \a\vs4\al(SO2) －2p eq \a\vs4\al(O2) ，联立方程组消去p eq \a\vs4\al(O2) ，可得3p eq \a\vs4\al(SO3) ＋5p eq \a\vs4\al(SO2) ＝4p总，代入相关数据可求出p eq \a\vs4\al(SO2) ＝46.26 kPa，则p eq \a\vs4\al(O2) ＝84.6 kPa－35.7 kPa－46.26 kPa＝2.64 kPa，Kp(Ⅱ)＝ eq \f(（46.26 kPa）2×2.64 kPa,（35.7 kPa）2) ＝ eq \f(46.262×2.64,35.72) kPa。
3．(1)－45
(2)(ⅱ) 在化学反应中，最大的能垒为速率控制步骤，而断开化学键的步骤都属于能垒，由于N≡N的键能比H－H键的大很多，因此，在上述反应机理中，速率控制步骤为(ⅱ)
(3) eq \f(7.8×2873NA,56×1030)
(4)①p1＜p2＜p3 合成氨的反应为气体分子数减少的反应，压强越大平衡时氨的摩尔分数越大 ②图4
③33.33% eq \r(\f(1,432))
解析：(1)在化学反应中，断开化学键要消耗能量，形成化学键要释放能量，反应的焓变等于反应物的键能总和与生成物的键能总和的差，因此，由图1数据可知，反应 eq \f(1,2) N2(g)＋ eq \f(3,2) H2(g)===NH3(g)的ΔH＝(473＋654－436－397－339) kJ·ml－1＝－45 kJ·ml－1。(2)由图1中信息可知， eq \f(1,2) N2(g)===N(g)的ΔH＝＋473 kJ·ml－1，则N≡N的键能为946 kJ·ml－1； eq \f(3,2) H2(g)===3H(g)的ΔH＝＋654 kJ·ml－1，则H－H键的键能为436 kJ·ml－1。在化学反应中，最大的能垒为速率控制步骤，而断开化学键的步骤都属于能垒，由于N≡N的键能比H－H键的大很多，因此，在上述反应机理中，速率控制步骤为(ⅱ)。(3)已知α­ Fe属于立方晶系，晶胞参数a＝287 pm，密度为7.8 g·cm－3，设其晶胞中含有Fe的原子数为x，则α­ Fe晶体密度ρ＝ eq \f(56x×1030,NA·2873) g·cm－3＝7.8 g·cm－3，解得x＝ eq \f(7.8×2873NA,56×1030) ，即α­ Fe晶胞中含有Fe的原子数为 eq \f(7.8×2873NA,56×1030) 。(4)①合成氨的反应中，压强越大越有利于氨的合成，因此，压强越大平衡时氨的摩尔分数越大。由图中信息可知，在相同温度下，反应达平衡时氨的摩尔分数p1＜p2＜p3，因此，图中压强由小到大的顺序为p1＜p2＜p3，②对比图3和图4中的信息可知，在相同温度和相同压强下，图4中平衡时氨的摩尔分数较小。在恒压下充入惰性气体Ar，反应混合物中各组分的浓度减小，各组分的分压也减小，化学平衡要朝气体分子数增大的方向移动，因此，充入惰性气体Ar不利于合成氨，进料组成中含有惰性气体Ar的图是图4。③图3中，进料组成为xH2＝0.75、xN2＝0.25两者物质的量之比为3∶1。假设进料中氢气和氮气的物质的量分别为3 ml和1 ml，达到平衡时氮气的变化量为x ml，则有：
N2(g)＋3H2(g)⇌2NH3(g)
始(ml) 1 3 0
变(ml) x 3x 2x
平(ml) 1－x 3－3x 2x
当p2＝20MPa、xNH3＝0.20时，xNH3＝ eq \f(2x,4－2x) ＝0.20，解得x＝ eq \f(1,3) ，则氮气的转化率α＝ eq \f(1,3) ≈33.33%，平衡时N2、H2、NH3的物质的量分别为 eq \f(2,3) ml、2 ml、 eq \f(2,3) ml，其物质的量分数分别为 eq \f(1,5) 、 eq \f(3,5) 、 eq \f(1,5) ，则该温度下K′p＝ eq \f(（\f(1,5)p2）2,\f(1,5)p2×（\f(3,5)p2）3) ＝ eq \f(25,27×400) (MPa)－2。因此，该温度时，反应 eq \f(1,2) N2(g)＋ eq \f(3,2) H2(g)⇌NH3(g)的平衡常数Kp＝ eq \r(K′p) ＝ eq \r(\f(25,27×400)（MPa）－2) ＝ eq \r(\f(1,432)) (MPa)－1。
4．(1)①a ②B
(2)水蒸气与煤炭反应吸热，氧气与煤炭反应放热，交替通入空气和水蒸气有利于维持体系热量平衡，保持较高温度，有利于加快化学反应速率，同时交替通入空气和水蒸气，还可以起到稀释作用，有利于水煤气反应平衡向右移动，提高水煤气得产率
解析：(1)①由已知方程式：(2×反应1－反应2)可得反应3，结合盖斯定律得：ΔH3＝2ΔH1－ΔH2＝[2×(－394)－(－566)] kJ·ml－1＝－222 kJ·ml－1，反应1前后气体分子数不变，升温y不变，对应线条b，升温促进反应2平衡逆向移动，气体分子数增多，熵增，y值增大，对应线条c，升温促进反应3平衡逆向移动，气体分子数减少，熵减，y值减小，对应线条a，故此处填a；
②温度升高，三个反应平衡均逆向移动，由于反应2焓变绝对值更大，故温度对其平衡移动影响程度大，故CO2物质的量减小，CO物质的量增大，所以CO与CO2物质的量比值增大。
(2)由于水蒸气与煤炭反应吸热，会引起体系温度的下降，从而导致反应速率变慢，不利于反应的进行，通入空气，利用煤炭与O2反应放热从而维持体系温度平衡，维持反应速率，同时交替通入空气和水蒸气，还可以起到稀释作用，有利于水煤气反应平衡向右移动，提高水煤气得产率。