备战2025年高考二轮复习化学（通用版）大题突破练3 化学反应原理综合题（Word版附解析）

这是一份备战2025年高考二轮复习化学（通用版）大题突破练3 化学反应原理综合题（Word版附解析），共8页。试卷主要包含了某课题组研究CO2加氢制甲醇，3 kJ·ml-1，8 kJ·ml-1，5 kJ·ml-1　BC，198，75　56，7%)　0等内容，欢迎下载使用。
1.(2024·广东大亚湾区1月联合模拟)某课题组研究CO2加氢制甲醇。涉及的主要反应有:
反应Ⅰ:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=-48.3 kJ·ml-1
反应Ⅱ:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH2=+41.2 kJ·ml-1
反应Ⅲ:CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)
ΔH3=-154.8 kJ·ml-1
反应Ⅳ:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH4
回答下列有关问题:
(1)反应Ⅳ的ΔH4= 。
(2)下列有关说法正确的是 。
A.增压时,CO的物质的量分数一定增大
B.当甲醇的分压不再改变时,体系达到平衡
C.在恒容密闭容器中充入Ar,反应Ⅲ速率不变
D.升温时,反应Ⅱ逆反应速率加快的程度大于正反应速率
(3)研究发现,在3 MPa条件下,当起始n(CO2)∶n(H2)=1∶3,平衡时CO2的转化率、含碳产物的选择性(转化的CO2中生成CH3OH、CH4或CO的百分比,如甲醇的选择性=生成CH3OH的量消耗CO2的量×100%)与温度关系如图所示。
①随着温度升高,甲醇选择性降低而CO2的转化率却升高的原因可能是 。
②在T温度下,若CH4的选择性为10%,计算此温度下反应Ⅱ的平衡常数K= 。
(4)一种在铜基催化剂上CO2加氢制甲醇的机理如图所示,其中吸附在铜基催化剂表面上的物种用“*”标注。
①基态铜原子的价电子排布式为 。
②决速步的反应方程式为 。
(5)写出甲醇在生产或生活中的一种应用 。
答案:(1)-89.5 kJ·ml-1 (2)BC
(3)①生成甲醇的反应均为放热反应,升温时平衡逆向移动,甲醇选择性降低;反应Ⅱ是吸热反应,升温平衡正向移动,且反应Ⅱ占主导作用 ②0.198
(4)①3d104s1 ②CH3O*+OH*+2H*CH3OH*+H2O*
(5)作燃料(或溶剂或制甲醛等)
解析:(1)根据盖斯定律可知反应Ⅰ-反应Ⅱ=反应Ⅳ,ΔH4=ΔH1-ΔH2=-48.3 kJ·ml-1-(+41.2 kJ·ml-1)=-89.5 kJ·ml-1。
(2)反应Ⅱ是等体积变化的反应,反应Ⅳ是气体体积减小的反应,增压时反应Ⅳ的平衡正向移动,CO的物质的量分数减小,A错误;反应达到平衡时,各物质的浓度、含量均不变,则甲醇的分压不再改变时其浓度不变,体系达到平衡状态,B正确;在恒容密闭容器中充入Ar时,反应物、生成物的浓度均不变,则反应速率不变化,C正确;反应Ⅱ是吸热反应,升高温度时平衡正向移动,即升温时反应Ⅱ逆反应速率加快的程度小于正反应速率,D错误。
(3)②设起始时n(CO2)=1 ml、n(H2)=3 ml,由图可知,T温度平衡时CO2的转化率为60%、CH3OH的选择性为60%,CH4的选择性为10%,则CO的选择性为1-60%-10%=30%,平衡体系中CO2的物质的量为0.4 ml,n(CH3OH)=1 ml×60%×60%=0.36 ml,n(CH4)=0.06 ml,n(CO)=0.18 ml,根据H、O原子守恒可得:2n'(H2)+2n(H2O)+0.36 ml×4+0.06 ml×4=6 ml,n(H2O)+0.8 ml+0.36 ml+0.18 ml=2 ml,解得n'(H2)=1.5 ml,n(H2O)=0.66 ml,此温度下反应Ⅱ的平衡常数K=c(CO)·c(H2O)c(CO2)·c(H2)=0.66V××1.5V=0.198。
(4)①Cu的原子序数为29,基态铜原子核外电子排布式为[Ar]3d104s1,其价电子排布式为3d104s1。
②反应的能垒或活化能越高,反应速率越慢,该步反应的反应速率决定整个反应的反应速率,是决速步,由图可知,过渡态5的能垒最高,该步反应为CH3O*+OH*+2H*CH3OH*+H2O*。
(5)甲醇具有可燃性,是良好的有机溶剂,是重要的化工原料等,可用作燃料、溶剂、制备甲醛等。
2.(2024·甘肃二模)苯乙烯是生产塑料和合成橡胶的重要有机原料,可由乙苯催化脱氢获得。乙苯催化脱氢制苯乙烯的反应为:
+H2(g)
(1)已知:
计算上述反应的ΔH= kJ·ml-1。
(2)为提高乙苯的平衡转化率,应选择的反应条件为 (填字母)。
A.低温、高压B.高温、低压
C.低温、低压D.高温、高压
(3)工业上,通常在乙苯蒸气中掺混水蒸气(原料气中乙苯和水蒸气的物质的量之比为1∶9),控制反应温度600 ℃,并保持体系总压为常压的条件下进行反应。在不同反应温度下,乙苯的平衡转化率和某催化剂作用下苯乙烯的选择性(指除了H2以外的产物中苯乙烯的物质的量分数)示意图如下:
①掺入水蒸气能提高乙苯的平衡转化率,解释说明该事实: 。
②控制反应温度为600 ℃的理由是 。
(4)100 kPa恒压下,T1 ℃时将2 ml乙苯蒸气通入容积可变的密闭容器中发生乙苯脱氢制苯乙烯反应。反应经过10 min达到平衡,此时苯乙烯的体积分数为0.375,则乙苯的转化率为 ,0~10 min内的平均反应速率v(H2)= kPa·min-1,该温度下的Kp= kPa。
答案:(1)+124 (2)B
(3)①正反应为气体分子数增大的反应,保持压强不变,加入水蒸气,容器容积增大,等效为降低压强,平衡向正反应方向移动 ②600 ℃时乙苯的转化率与苯乙烯的选择性均较高,温度过低,反应速率较慢,转化率较低,温度过高,选择性下降,高温下可能使催化剂失去活性,且消耗能量较大
(4)60% 3.75 56.25
解析:(1)反应热=反应物断键所吸收的热量-生成物成键放出能量,ΔH=2×412 kJ· ml-1+348 kJ· ml-1-612 kJ· ml-1-436 kJ· ml-1=+124 kJ· ml-1。
(2)正反应为气体分子数增大的反应,减小压强,有利于平衡正向移动;正反应为吸热反应,升高温度,有利于平衡正向移动,所以选择高温、低压。
(3)①正反应方向气体分子数增加,加入水蒸气起稀释作用,相当于起减压的效果,减压的条件下,平衡正向移动,乙苯的平衡转化率增大。
(4)根据方程式+H2(g),反应经过10 min达到平衡,设反应消耗的乙苯的物质的量为x ml,则剩下的乙苯为(2-x) ml,苯乙烯的体积分数为0.375=x(2-x)+x+x×100%,解得x=1.2,则乙苯的转化率为1.2ml2ml×100%=60%;0~10 min内的平均反应速率v(H2)=ΔpΔt=0.375×100 kPa10min=3.75 kPa·min-1;该温度下的Kp=p(H2)·p(苯乙烯)p(苯乙烷)=0.375×100 kPa×0.375×100 kPa0.25×100 kPa=56.25 kPa。
3.(2024·湖北七市二模)为了实现“碳达峰”和“碳中和”的目标,将CO2转化成可利用的化学能源的“负碳”技术是世界各国关注的焦点。回答下列问题:
方法Ⅰ:CO2催化加氢制甲醇。
以CO2、H2为原料合成CH3OH涉及的反应如下:
反应ⅰ:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=-49.0 kJ·ml-1
反应ⅱ:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH2=+41.0 kJ·ml-1
反应ⅲ:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH3
(1)计算反应ⅲ的ΔH3= kJ·ml-1。
(2)一定温度和催化剂条件下,在密闭恒容容器中按照投料n(CO2)∶n(H2)∶n(N2)=1∶3∶1发生反应(N2不参与反应),平衡时CO2的转化率、CH3OH和CO的选择性[如CH3OH的选择性=n生成(CH3OH)n生成(CH3OH)+n生成(CO)×100%]随温度的变化曲线如图所示。
①图中曲线a表示物质 (填“CO2”“CH3OH”或“CO”)的变化。
②上述反应体系在一定条件下建立平衡后,下列说法正确的有 (填字母)。
A.升高温度,反应ⅰ逆向移动,所以正反应速率减小
B.向容器中再通入少量N2,CO2的平衡转化率下降
C.移去部分H2O(g),反应ⅲ平衡一定不移动
D.选择合适的催化剂能提高CH3OH的选择性
③保持温度不变,在恒容反应器中,初始总压为5p kPa,只发生反应ⅰ和ⅱ,达到平衡时CO2的转化率为80%,CO的选择性为25%,则H2的转化率为 ,反应ⅱ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)。
方法Ⅱ:催化加氢制甲酸。
(3)科研工作者通过开发新型催化剂,利用太阳能电池将工业排放的CO2转化为HCOOH。
已知CO2(g)+H2(g)HCOOH(g) ΔH=-31.4 kJ·ml-1。温度为T1 ℃达到平衡时,化学平衡常数K=1.8。实验测得:v正=k正c(CO2)·c(H2),v逆=k逆c(HCOOH),k正、k逆为速率常数。T1 ℃时,k正= k逆;若温度为T2 ℃达到平衡时,k正=1.9k逆,则T2 (填“>”“