所属成套资源:新高考2024版高考化学一轮复习微专题小练习专练(63份)
新高考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
展开这是一份新高考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,共7页。试卷主要包含了75、xN2=0,26 eq \f等内容,欢迎下载使用。
(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)。
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.[2022·福建卷]异丙醇(C3H8O)可由生物质转化得到,催化异丙醇脱水制取高值化学品丙烯(C3H6)的工业化技术已引起人们的关注。其主要反应如下:
Ⅰ.C3H8O(g)⇌C3H6(g)+H2O(g) ΔH1=+52 kJ·ml-1
Ⅱ.2C3H6(g)⇌C6H12(g) ΔH2=-97 kJ·ml-1
回答下列问题:
(1)已知2C3H8O(g)+9O2(g)===6CO2(g)+8H2O(g) ΔH=-3 750 kJ·ml-1,则C3H6(g)燃烧生成CO2(g)和H2O(g)的热化学方程式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)在1 350℃下,刚性密闭容器中的反应体系内水蒸气浓度与反应时间关系如下表:
①4~8 μs内, eq \(v,\s\up6(-))(C3H8O)= ppm·μs-1。
②t 16(填“>”“<”或“=”)。
(3)在恒温刚性密闭容器中,反应Ⅰ、Ⅱ均达到平衡的判据是 (填标号)。
a.H2O(g)的分压不变
b.混合气体密度不变
c.n(C3H6)=2n(C6H12)
d.v正(H2O)=v逆(C3H8O)
(4)在一定条件下,若反应Ⅰ、Ⅱ的转化率分别为98%和40%,则丙烯的产率为 。
(5)如图为反应Ⅰ、Ⅱ达到平衡时lg Qp与温度的关系曲线。[已知:对于可逆反应aA(g)+bB(g)⇌cC(g)+dD(g),任意时刻Qp= eq \f(pc(C)·pd(D),pa(A)·pb(B)) ,式中p(X)表示物质X的分压]
①在350℃恒压平衡体系中充入少量水蒸气时,反应Ⅰ的状态最有可能对应图中的 点(填“甲”“乙”或“丙”),判断依据是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
②350℃时,在密闭容器中加入一定量的C3H8O,体系达到平衡后,测得C6H12的分压为x MPa,则水蒸气的分压为 MPa(用含x的代数式表示)。
专练44 化学反应原理综合题
1.答案:(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) x3x2x
平(ml) 1-x3-3x2x
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。
2.答案:(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.答案:(1)2C3H6(g)+9O2(g)===6CO2(g)+6H2O(g) ΔH=-3 854 kJ·ml-1 (2)①190 ②> (3)ad (4)58.8% (5)①甲 反应Ⅰ平衡曲线为N,恒压时充入水蒸气,Qp>Kp ②( eq \r(x) +2x)
解析:(1)将题给反应依次编号为①、②、③,利用盖斯定律,由③-①×2得:2C3H6(g)+9O2(g)===6CO2(g)+6H2O(g) ΔH=-3 854 kJ·ml-1。(2)①由表中数据知,4~8μs内,H2O的浓度变化为(3 200-2 440) ppm,则 eq \(v,\s\up6(-))(C3H8O)= eq \(v,\s\up6(-))(H2O)= eq \f(760 ppm,4 μs) =190 ppm·μs-1。②随着反应的进行,反应物浓度逐渐减小,反应速率逐渐减慢,比较表中数据知t>16。(3)反应Ⅰ、Ⅱ均为气体分子数变化的反应,当H2O(g)的分压不变时,反应达到平衡,a正确;反应体系中均为气体,气体质量为定值,反应体系为恒温刚性密闭容器,容器体积不变,故混合气体密度为定值,b错误;化学平衡的标志是体系中各物质的浓度或物质的量不变,n(C3H6)=2n(C6H12),不能说明反应体系中各物质的量不变,即不能判断反应为平衡状态,c错误;由方程式知,v正(H2O)=v逆(C3H8O)=v逆(H2O),正、逆反应速率相等,反应达平衡状态,d正确。(4)设C3H8O为1 ml,由于C3H8O(g)⇌C3H6(g)+H2O(g)的转化率为98%,则反应Ⅰ生成的C3H6为0.98 ml,2C3H6(g)⇌C6H12(g)的转化率为40%,反应Ⅱ消耗的C3H6为0.98 ml×40%=0.392 ml,则丙烯的产率为 eq \f(0.98 ml-0.392 ml,1 ml) ×100%=58.8%。
(5)①对于反应Ⅰ,恒压时充入水蒸气,Qp增大,因此反应Ⅰ的状态最有可能对应图中的甲点。②设起始时C3H8O为1 ml,反应Ⅰ中消耗a ml C3H8O,反应Ⅱ中生成b ml C6H12,则:
C3H8O(g)⇌C3H6(g)+H2O(g)
起始量/ml 1 0 0
转化量/ml a a a
2C3H6(g)⇌C6H12(g)
转化量/ml 2b b
则平衡时C3H8O为(1-a) ml, C3H6为(a-2b) ml,C6H12为b ml,H2O为a ml,气体的总物质的量为(1-a+a-2b+b+a) ml=(1+a-b) ml,又体系达平衡后,测得C6H12的分压为x MPa,则 eq \f(b,1+a-b) ×p总=x MPa,由图像可知,350℃时,反应Ⅱ的lg Qp=0,则 eq \f(x MPa,p2(C3H6)) =1 MPa-1,解得p(C3H6)= eq \f(a-2b,1+a-b) ×p总= eq \r(x) MPa,结合 eq \f(b,1+a-b) ×p总=x MPa,可求得p(H2O)= eq \f(a,1+a-b) ×p总=( eq \r(x) +2x) MPa。
反应时间/μs
0
4
8
12
t
20
H2O浓度/ppm
0
2 440
3 200
3 600
4 000
4 100
相关试卷
这是一份高考化学《微专题 小练习》统考版 专练 44,共5页。
这是一份统考版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,共6页。
这是一份全国通用高考化学一轮复习专练44化学反应原理综合题含答案