2023屆人教版高中化學(xué)二輪復(fù)習(xí)講義-高考綜合大題研究-化學(xué)反應(yīng)原理綜合題綜合大題專(zhuān)練

綜合大題專(zhuān)練A組1．(2022·貴州貴陽(yáng)一模)研究CO2的綜合利用、實(shí)現(xiàn)CO2資源化，是能源領(lǐng)域的重要發(fā)展方向，也是力爭(zhēng)2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和的方向之一。已知：反應(yīng)Ⅰ：CO2(g)＋H2(g)=CO(g)＋H2O(g)ΔH1＝＋kJ·mol－1反應(yīng)Ⅱ：2CO(g)＋4H2(g)=C2H4(g)＋2H2O(g)ΔH2＝－332kJ·mol－1反應(yīng)Ⅲ：2CO2(g)＋6H2(g)=C2H4(g)＋4H2O(g)ΔH3(1)反應(yīng)Ⅲ中，ΔH3＝________kJ·mol－1。(2)在體積為2L的剛性密閉容器中，充入1molCO和2molH2，發(fā)生反應(yīng)Ⅱ，能判斷反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是________(填字母)。a．2v(H2)＝v(H2O)b．容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變c.eq\f(cCO,cH2)保持不變d．C2H4的質(zhì)量分?jǐn)?shù)保持不變(3)在體積為2L的恒壓密閉容器中，起始充入1molCO2(g)和3molH2(g)，發(fā)生反應(yīng)Ⅲ，該反應(yīng)在不同溫度下達(dá)到平衡時(shí)，各組分的體積分?jǐn)?shù)隨溫度的變化如圖所示。①表示H2和C2H4的體積分?jǐn)?shù)隨溫度變化的曲線(xiàn)分別是________(填字母)。②A、B、C三點(diǎn)對(duì)應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)KA、KB、KC從大到小的順序?yàn)開(kāi)_______。③240℃時(shí)，反應(yīng)達(dá)到平衡后，容器中氣體的總物質(zhì)的量為_(kāi)_____mol，H2(g)的平衡轉(zhuǎn)化率為_(kāi)_____。若平衡時(shí)總壓為p，該反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp＝____________________(列出計(jì)算式。用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算，分壓＝總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。答案(1)－(2)bd(3)①a、d②KA＞KB＞KC③60%eq\f(\f(3,31)p·\f(12,31)p4,\f(4,31)p2·\f(12,31)p6)＋(－332kJ·mol－1)＝－kJ·mol－1。(2)化學(xué)平衡的特征之一為正、逆反應(yīng)速率相等，2v(H2)＝v(H2O)未告知正、逆反應(yīng)方向，不能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，a不合題意；已知反應(yīng)Ⅱ是一個(gè)正反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，即反應(yīng)過(guò)程中容器內(nèi)壓強(qiáng)始終在改變，故容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變，說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，b符合題意；由于反應(yīng)Ⅱ中CO和H2的化學(xué)計(jì)量數(shù)比為1∶2，題干中CO和H2的投料比也是1∶2，故反應(yīng)過(guò)程中eq\f(cCO,cH2)始終保持1∶2不變，故eq\f(cCO,cH2)保持不變不能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，c不合題意；化學(xué)平衡的特征之一就是反應(yīng)體系各組分的百分含量保持不變，故C2H4的質(zhì)量分?jǐn)?shù)保持不變，說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)，d符合題意。(3)①結(jié)合(1)的分析可知，反應(yīng)Ⅲ：2CO2(g)＋6H2(g)=C2H4(g)＋4H2O(g)ΔH3＝－kJ·mol－1，該反應(yīng)正反應(yīng)是一個(gè)放熱反應(yīng)，故升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，則H2的體積分?jǐn)?shù)隨溫度升高而增大，C2H4的體積分?jǐn)?shù)隨溫度的升高而減小，且起始充入1molCO2(g)和3molH2(g)，反應(yīng)中CO2和H2的轉(zhuǎn)化量之比為1∶3，故過(guò)程中CO2和H2的體積分?jǐn)?shù)之比也為1∶3，C2H4和H2O的體積分?jǐn)?shù)之比為1∶4，結(jié)合圖示可知表示H2和C2H4的體積分?jǐn)?shù)隨溫度變化的曲線(xiàn)分別為a、d。②由上述分析可知，升高溫度平衡逆向移動(dòng)，則化學(xué)平衡常數(shù)減小，則A、B、C三點(diǎn)對(duì)應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)KA、KB、KC從大到小的順序?yàn)镵A＞KB＞KC。③根據(jù)三段式分析可知：2CO2(g)＋6H2(g)=C2H4(g)＋4H2O(g)起始量/mol1300轉(zhuǎn)化量/mol2x6xx4x平衡量/mol1－2x3－6xx4x240℃時(shí)，反應(yīng)達(dá)到平衡后，H2和H2O的體積分?jǐn)?shù)相等，故有3－6x＝4x，解得x＝，故H2(g)的平衡轉(zhuǎn)化率為eq\f(6x,3)×100%＝eq\f(6×0.3,3)×100%＝60%，平衡時(shí)總壓為p，則p(CO2)＝eq\f(1－2×)p＝eq\f(4,31)p，p(H2)＝eq\f(3－6×)p＝eq\f(12,31)p，p(C2H4)＝eq\f()p＝eq\f(3,31)p，p(H2O)＝eq\f(4×)p＝eq\f(12,31)p，該反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp＝eq\f(pC2H4·p4H2O,p2CO2·p6H2)＝eq\f(\f(3,31)p·\f(12,31)p4,\f(4,31)p2·\f(12,31)p6)。2．(2022·威海市二模)環(huán)氧乙烷(，別稱(chēng)EO)是重要的殺菌劑和工業(yè)合成原料。回答下列問(wèn)題：(一)乙烯直接氧化法反應(yīng)Ⅰ：CH2=CH2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)→(g)ΔH1反應(yīng)Ⅱ：CH2=CH2(g)＋3O2(g)→2CO2(g)＋2H2O(g)ΔH2(1)乙烯與O2在a、b兩種催化劑作用下發(fā)生反應(yīng)，催化劑的催化活性(用EO%衡量)及生成EO的選擇性與溫度(T)的變化曲線(xiàn)如圖1所示。①依據(jù)圖給信息，選擇制備環(huán)氧乙烷的適宜條件為_(kāi)___________。②M點(diǎn)后曲線(xiàn)下降的原因?yàn)開(kāi)___________________________________________。③下列說(shuō)法正確的有______(填字母)。A．催化劑的選擇性越高，其達(dá)到最高反應(yīng)活性所需的溫度越高B．催化劑的催化活性與溫度成正比C．不同催化劑達(dá)到最高活性時(shí)的溫度不同(2)設(shè)Keq\o\al(r,p)為相對(duì)壓力平衡常數(shù)，其表達(dá)式寫(xiě)法：在濃度平衡常數(shù)表達(dá)式中，用相對(duì)分壓代替濃隨eq\f(1,T)(溫度的倒數(shù))的變化如圖2所示。①ΔH2________(填“>”或“＜”)0。②在T℃的恒溫、恒容密閉容器中，按體積分?jǐn)?shù)充入反應(yīng)混合氣體：乙烯30%、氧氣7%，其余混合氣63%(致穩(wěn)氣)，發(fā)生反應(yīng)Ⅰ(忽略反應(yīng)Ⅱ)。平衡時(shí)體系壓強(qiáng)為2000kPa，乙烯的轉(zhuǎn)化率為α，則T℃下反應(yīng)Ⅰ的相對(duì)壓力平衡常數(shù)Keq\o\al(r,p)＝________。(二)電化學(xué)合成法(3)科學(xué)家利用CO2、水合成環(huán)氧乙烷，有利于實(shí)現(xiàn)碳中和?？偡磻?yīng)為2CO2＋2H2O→＋2，該過(guò)程在兩個(gè)獨(dú)立的電解槽中實(shí)現(xiàn)，裝置如圖3所示，在電解槽2中利用氯離子介導(dǎo)制備環(huán)氧乙烷，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4所示。①電解槽1中陰極的電極反應(yīng)式為_(kāi)______________________________________________。②圖4虛線(xiàn)框中發(fā)生的反應(yīng)為C2H4＋HOCl→HOCH2CH2Cl、________、H＋＋OH－=H2O。答案(1)①催化劑a，溫度220℃②溫度升高，催化劑活性減弱；發(fā)生反應(yīng)Ⅱ，使EO選擇性下降③C(2)①＜②eq\f(α,1－α\f(28－60α,20－3α))(3)①2CO2＋12H＋＋12e－=C2H4＋4H2O②HOCH2CH2Cl＋OH－→＋H2O＋Cl－解析(1)①在較低溫度下催化劑a體現(xiàn)了較高的催化活性和生成EO的選擇性，能耗低，極值對(duì)應(yīng)溫度為220℃。②M點(diǎn)后隨著溫度升高，催化劑的活性減弱，發(fā)生反應(yīng)Ⅱ，生成EO的選擇性也隨之降低。③催化劑選擇性高低變化和最高反應(yīng)活性也要在一定溫度范圍內(nèi)變化與維持，A項(xiàng)錯(cuò)誤；溫度過(guò)高會(huì)使催化劑失活，所以催化活性并不與溫度成正比，B項(xiàng)錯(cuò)誤；由圖可知不同催化劑達(dá)到最高活性時(shí)的溫度不同，C項(xiàng)正確。(2)①由圖像可知自左向右隨著溫度(T)降低，反應(yīng)Ⅱ?qū)?yīng)－lnKeq\o\al(r,p)的值逐漸減小，即Keq\o\al(r,p)逐漸增大，說(shuō)明平衡向正反應(yīng)放熱方向移動(dòng)，所以反應(yīng)Ⅱ的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，ΔH2＜0。②設(shè)混合氣體總體積為100，列反應(yīng)Ⅰ三段式：CH2=CH2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)→EO(g)V03070ΔV30α15α30αV平30(1－α)7－15α30αKeq\o\al(r,p)＝eq\f(\f(\f(30α,100－15α)×2×103,100),\f(\f(30－30α,100－15α)×2×103,100)×\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(\f(7－15α,100－15α)×2×103,100))))＝eq\f(α,1－α\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(28－60α,20－3α))))。(3)①電解槽1中陰極區(qū)CO2得電子被還原為C2H4，電極反應(yīng)式為2CO2＋12H＋＋12e－=C2H4＋4H2O。②HOCH2CH2Cl在堿性條件下脫去HCl，虛線(xiàn)框內(nèi)的電極反應(yīng)式為HOCH2CH2Cl＋OH－→＋H2O＋Cl－。(1)我國(guó)科學(xué)家在合成氨反應(yīng)機(jī)理研究中取得新進(jìn)展，首次報(bào)道了LiH-3d過(guò)渡金屬這一復(fù)合催化劑體系，并提出了“氮轉(zhuǎn)移”催化機(jī)理。①3LiH(s)＋N2(g)=Li2NH(s)＋LiNH2(s)ΔH1＝＋kJ·mol－1②Li2NH(s)＋2H2(g)=2LiH(s)＋NH3(g)ΔH2＝－78kJ·mol－1③LiNH2(s)＋H2(g)=LiH(s)＋NH3(g)ΔH3則ΔH3＝________。(2)目前工業(yè)上合成氨反應(yīng)通常使用鐵觸媒作催化劑，反應(yīng)歷程如圖所示，其中吸附在催化劑表面的物種用“ad”表示。整個(gè)反應(yīng)歷程中，反應(yīng)速率最慢的反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)______________________________。(3)將10molN2和30molH2投入容積恒為10L的反應(yīng)器中，控制不同溫度與壓強(qiáng)，得到平衡時(shí)N2的轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如圖所示。溫度T1、T2、T3的大小關(guān)系是________，判斷依據(jù)為_(kāi)______________________________。根據(jù)M點(diǎn)數(shù)據(jù)求出該條件下的平衡常數(shù)Kp＝________________(用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算，分壓＝總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)，結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。(4)工業(yè)上，合成氨反應(yīng)在高壓條件下進(jìn)行，實(shí)際上Kp值不僅與溫度有關(guān)，還與壓力和氣體－k逆·[eq\f(p2NH3,p3H2)]1－a。其中r(NH3)為氨合成反應(yīng)的凈速率，a為常數(shù)，與催化劑性質(zhì)及反應(yīng)條件有關(guān)，該條件下，實(shí)驗(yàn)測(cè)得a＝，則反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，k正、k逆、Kp三者之間的關(guān)系式為_(kāi)_______________________。(5)在壓強(qiáng)為30MPa時(shí)，不同溫度下合成氨反應(yīng)平衡體系中，混合氣體中NH3的體積分?jǐn)?shù)如表所示。溫度/℃200300400500600NH3的體積分?jǐn)?shù)/%根據(jù)表中數(shù)據(jù)，你認(rèn)為合成氨工業(yè)最值得研究的方向是________________(回答出你認(rèn)為最合適的一點(diǎn))。答案(1)－kJ·mol－1(2)Nad＋Had=NHad(3)T1>T2>T3該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，平衡時(shí)N2轉(zhuǎn)化率降低8MPa－2(4)k正＝k逆·Kp(5)尋找合適的催化劑解析(1)根據(jù)蓋斯定律知①＋②＋③可得N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＝－kJ·mol－1，據(jù)此可得ΔH3＝－kJ·mol－1。(2)從圖中可以看出，活化能最大的一步反應(yīng)是Nad＋Had=NHad，故該步反應(yīng)速率最慢。(3)由于合成氨的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，所以升高溫度平衡向左移動(dòng)，N2的轉(zhuǎn)化率降低，即圖中轉(zhuǎn)化率越低的曲線(xiàn)對(duì)應(yīng)的溫度越高，故T1>T2>T3。T2溫度下，平衡壓強(qiáng)為32MPa時(shí)，根據(jù)題意列“三段式”如下：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)起始量/mol10300轉(zhuǎn)化量/mol4128平衡量/mol6188故平衡時(shí)氣體分壓分別為p(N2)＝eq\f(6,32)×32MPa、p(H2)＝eq\f(18,32)×32MPa、p(NH3)＝eq\f(8,32)×32MPa，故Kp＝eq\f(\f(8,32)×32MPa2,\f(6,32)×32MPa×\f(18,32)×32MPa3)≈8MPa－2。(4)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，氨合成反應(yīng)的凈速率r(NH3)＝0，若a＝，則k正·p(N2)·[eq\f(p3H2,p2NH3)]＝k逆·[eq\f(p2NH3,p3H2)]。整理可得eq\f(k逆,k正)＝eq\f(pN2·p3H2,p2NH3)，由于Kp＝eq\f(p2NH3,pN2·p3H2)，所以eq\f(k正,k逆)＝Kp，k正＝k逆·Kp。(5)從表中數(shù)據(jù)可知溫度對(duì)平衡體系中混合氣體中NH3的體積分?jǐn)?shù)影響顯著，降低溫度可以提高氨氣的體積分?jǐn)?shù)，但是目前工業(yè)生產(chǎn)采用的溫度主要是考慮催化劑的活性，所以要想降低反應(yīng)溫度而催化劑活性不降低，則應(yīng)該尋找合適的催化劑。4．(2022·江西上饒模擬預(yù)測(cè))當(dāng)今世界多國(guó)相繼規(guī)劃了碳達(dá)峰、碳中和的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，中國(guó)承諾2030年前，二氧化碳的排放不再增長(zhǎng)，達(dá)到峰值之后逐步降低。2060年前實(shí)現(xiàn)“碳中和”，體現(xiàn)了中國(guó)對(duì)解決氣候問(wèn)題的大國(guó)擔(dān)當(dāng)。因此，降低空氣中二氧化碳含量成為研究熱點(diǎn)，其中研發(fā)二氧化碳的利用技術(shù)，將二氧化碳轉(zhuǎn)化為能源是緩解環(huán)境和解決能源問(wèn)題的方案之一。Ⅰ.二氧化碳在一定條件下轉(zhuǎn)化為甲烷，其反應(yīng)過(guò)程如圖所示。已知：CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g)ΔH1＝－205kJ·mol－1反應(yīng)Ⅱ：CO(g)＋3H2(g)CH4(g)＋H2O(g)ΔH2＝－246kJ·mol－1(1)則反應(yīng)Ⅰ的熱化學(xué)方程式為_(kāi)____________________________________________。(2)一定條件下，向2L恒容密閉容器中加入1molCO2和5molH2，只發(fā)生上述反應(yīng)Ⅰ和反應(yīng)Ⅱ；10min后容器內(nèi)總壓強(qiáng)(p)不再變化，容器中CH4為mol，CO2為mol，H2O為mol，10min內(nèi)H2的平均反應(yīng)速率v(H2)＝__________，反應(yīng)Ⅱ的平衡常數(shù)Kp＝_________(用含字母p的代數(shù)式表示，已知Kp是用反應(yīng)體系中氣體物質(zhì)的分壓來(lái)表示的平衡常數(shù)，即將K表達(dá)式中平衡濃度用平衡分壓代替，某氣體分壓＝氣體總壓強(qiáng)×該氣體的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。Ⅱ.在催化劑作用下CO2加氫還可制得甲醇：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH＝＋50kJ·mol－1。(3)能說(shuō)明反應(yīng)CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH＝＋50kJ·mol－1已達(dá)平衡狀態(tài)的是________(填字母)。A．單位時(shí)間內(nèi)生成1molCH3OH(g)的同時(shí)消耗3molH2(g)B．在恒溫恒容的容器中，混合氣體的密度保持不變C．在絕熱恒容的容器中，反應(yīng)的平衡常數(shù)不再變化D．在恒溫恒壓的容器中，氣體的平均摩爾質(zhì)量不再變化Ⅲ.CO2與H2催化重整制備CH3OCH3的過(guò)程中存在反應(yīng)：①2CO2(g)＋6H2(g)CH3OCH3(g)＋3H2O(g)ΔH<0；②CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)ΔH>0。(4)向密閉容器中以物質(zhì)的量之比為1∶3充入CO2與H2，實(shí)驗(yàn)測(cè)得CO2的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度和壓強(qiáng)的變化關(guān)系如圖所示。p1、p2、p3由大到小的順序?yàn)開(kāi)_______________；T2℃時(shí)主要發(fā)生反應(yīng)__________(填“①”或“②”)。CO2平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度變化先降后升的原因?yàn)開(kāi)_____________________________________________________________________________。答案(1)CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)ΔH＝＋41kJ·mol－1(2)mol·L－1·min－1eq\f(7,p2)(3)CD(4)p1>p2>p3②開(kāi)始升溫以反應(yīng)①為主，反應(yīng)放熱，平衡逆向移動(dòng)，CO2平衡轉(zhuǎn)化率下降，升高一定溫度后，以反應(yīng)②為主，反應(yīng)吸熱，平衡正向移動(dòng)，CO2平衡轉(zhuǎn)化率上升解析(1)設(shè)反應(yīng)①：CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g)ΔH1＝－205kJ·mol－1，反應(yīng)②：CO(g)＋3H2(g)CH4(g)＋H2O(g)ΔH2＝－246kJ·mol－1，由蓋斯定律可知①－②可得CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)ΔH＝－205kJ·mol－1－(－246kJ·mol－1)＝＋41kJ·mol－1。(2)由題給信息可列如下三段式，設(shè)反應(yīng)Ⅰ生成水xmol，CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)開(kāi)始/mol1500轉(zhuǎn)化/molxxxx10min后/mol1－x5－x－1.8x－x＋CO(g)＋3H2(g)CH4(g)＋H2O(g)開(kāi)始/mol0500轉(zhuǎn)化/mol10min后/molx－0.65－x－x＋x＋＝，則x＝，則v(H2)＝eq\f(＋mol,2L×10min)＝mol·L－1·min－1；平衡時(shí)容器中氣體總物質(zhì)的量n(CO2)＋n(H2)＋n(CO)＋n(H2O)＋n(CH4)＝(＋＋＋＋)mol＝mol，則反應(yīng)Ⅱ的平衡常數(shù)Kp＝eq\f(\f()p×\f()p,\f()p×\f()p3)＝eq\f(7,p2)。(3)用不同物質(zhì)的反應(yīng)速率表示反應(yīng)達(dá)到平衡，反應(yīng)方向應(yīng)是一正一逆，且反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，單位時(shí)間內(nèi)生成1molCH3OH(g)的同時(shí)消耗3molH2(g)，反應(yīng)方向都是向正反應(yīng)方向進(jìn)行，因此不能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡，故A不符合題意；組分都是氣體，混合氣體總質(zhì)量保持不變，容器為恒容，氣體體積不變，根據(jù)密度的定義，混合氣體密度始終不變，因此該條件下，混合氣體的密度不變，不能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡，故B不符合題意；化學(xué)平衡常數(shù)只受溫度的影響，容器為絕熱恒容，化學(xué)反應(yīng)都會(huì)伴隨能量的變化，容器中的溫度在改變，當(dāng)溫度不再改變，反應(yīng)的平衡常數(shù)也不再改變，說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡，故C符合題意；組分都是氣體，混合氣體總質(zhì)量保持不變，該反應(yīng)是氣體物質(zhì)的量減少的反應(yīng)，因此當(dāng)氣體平均摩爾質(zhì)量不再變化，說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡，故D符合題意。(4)作等溫線(xiàn)，增大壓強(qiáng)，反應(yīng)①的平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，反應(yīng)②平衡不移動(dòng)，整體來(lái)看，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率增大，根據(jù)圖像可知，p1>p2>p3。B組1．(2022·上海長(zhǎng)寧二模)研究NOx、SO2、CO等大氣污染氣體的處理方法具有重要意義。(1)NOx是汽車(chē)尾氣中的主要污染物之一、NOx能形成酸雨，寫(xiě)出NO2轉(zhuǎn)化為HNO3的化學(xué)方程式：_______________________________________________________________________。(2)氮氧化物是造成光化學(xué)煙霧和臭氧層損耗的主要?dú)怏w。已知：4CO(g)＋2NO2(g)=N2(g)＋4CO2(g)＋akJ。標(biāo)準(zhǔn)狀況下，LCO還原NO2至N2的整個(gè)過(guò)程中轉(zhuǎn)移電子的數(shù)目為_(kāi)_______，放出的熱量為_(kāi)_______(用含有a的代數(shù)式表示)。(3)現(xiàn)將一定量N2O4氣體充入恒容密閉容器中，控制反應(yīng)溫度為T(mén)1℃[N2O4(g)2NO2(g)＋Q，Q＜0]，下列可以作為反應(yīng)達(dá)到平衡的判斷依據(jù)是____________________(填字母)。A．氣體的壓強(qiáng)不變B．v正(N2O4)＝2v逆(NO2)C．K不變D．容器內(nèi)氣體的密度不變E．容器內(nèi)顏色不變(4)反應(yīng)溫度為T(mén)1時(shí)，c(N2O4)隨t(時(shí)間)變化曲線(xiàn)如圖，畫(huà)出0～t2時(shí)段，c(NO2)隨t變化曲線(xiàn)。保持其他條件不變，改變反應(yīng)溫度為T(mén)2(T2＞T1)，再次畫(huà)出0～t2時(shí)段，c(NO2)隨t變化趨勢(shì)的曲線(xiàn)。(5)NO氧化反應(yīng)：2NO(g)＋O2(g)=2NO2(g)分兩步進(jìn)行：Ⅰ.2NO(g)=N2O2(g)＋Q1Ⅱ.N2O2(g)＋O2(g)=2NO2(g)＋Q2(Q1、Q2都大于0)在恒容的密閉容器中充入一定量的NO和O2氣體，保持其他條件不變，控制反應(yīng)溫度分別為T(mén)3和T4(T4＞T3)，測(cè)得c(NO)隨t(時(shí)間)的變化曲線(xiàn)如圖，轉(zhuǎn)化相同量的NO，在溫度______(填“T3”或“T4”)下消耗的時(shí)間較長(zhǎng)，試結(jié)合反應(yīng)過(guò)程能量圖分析其原因：_______________。答案(1)3NO2＋H2O=2HNO3＋NO(2)NA5akJ(3)AE(4)(5)T4該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度的升高使平衡逆向移動(dòng)，減慢NO轉(zhuǎn)化速率的影響大于升高溫度對(duì)反應(yīng)速率的影響，使轉(zhuǎn)化相同量的NO時(shí)，T4消耗的時(shí)間較長(zhǎng)可得LCO還原NO2至N2的整個(gè)過(guò)程中轉(zhuǎn)移電子的數(shù)目為NA；根據(jù)題給信息，4CO(g)～akJ，則molCO可放出的熱量為5akJ。(3)該反應(yīng)氣體分子數(shù)正向增多，容器恒容，則氣體的壓強(qiáng)發(fā)生改變，故氣體的壓強(qiáng)不變可以作為反應(yīng)達(dá)到平衡的判斷依據(jù)，A符合題意；v正(N2O4)＝2v逆(NO2)，則v正(N2O4)∶v逆(NO2)＝2∶1，不等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，故不可作為反應(yīng)達(dá)到平衡的判斷依據(jù)，B不符合題意；平衡常數(shù)K只隨溫度改變，該反應(yīng)控制溫度為T(mén)1℃不變，K不變，則其不可作為反應(yīng)達(dá)到平衡的判斷依據(jù)，C不符合題意；該反應(yīng)物質(zhì)均是氣體，氣體總質(zhì)量不變，容器恒容，則體系內(nèi)氣體密度始終不變，故其不可作為反應(yīng)達(dá)到平衡的判斷依據(jù)，D不符合題意；N2O4為無(wú)色氣體，NO2為紅棕色氣體，反應(yīng)過(guò)程中體系顏色發(fā)生改變，故容器內(nèi)顏色不變可以作為反應(yīng)達(dá)到平衡的判斷依據(jù)，E符合題意。(4)根據(jù)反應(yīng)N2O4(g)2NO2(g)，NO2的改變量是N2O4的兩倍，從N2O4的曲線(xiàn)可知其達(dá)到平衡時(shí)減少了mol·L－1，則NO2從0升高到平衡時(shí)的mol·L－1，即可畫(huà)出曲線(xiàn)；由題給Q<0可知，該反應(yīng)正向吸熱，保持其他條件不變，隨著溫度的升高，該反應(yīng)平衡正向移動(dòng)，且反應(yīng)速率增大，達(dá)到平衡的時(shí)間縮短，即可畫(huà)出曲線(xiàn)。(5)如圖所示，c(NO)隨t(時(shí)間)的增加而減小，轉(zhuǎn)化相同量的NO，可作一條平行于時(shí)間軸的輔助線(xiàn)，分別交兩曲線(xiàn)與a、b兩點(diǎn)，如圖：，則可知在溫度T4下消耗的時(shí)間較長(zhǎng)；可能的原因是該反應(yīng)兩步均放出熱量，總反應(yīng)是放熱反應(yīng)，T4＞T3，溫度的升高使平衡逆向移動(dòng)，減慢NO轉(zhuǎn)化速率的影響大于升高溫度對(duì)反應(yīng)速率的影響，使轉(zhuǎn)化相同量的NO時(shí)，T4消耗的時(shí)間較長(zhǎng)。2．消除氮氧化物對(duì)環(huán)境保護(hù)有著重要的意義。回答下列問(wèn)題：Ⅰ.在M＋的催化作用下，N2O與乙烯可發(fā)生氧化還原反應(yīng)，該體系的循環(huán)圖示如圖1。(1)已知N2O(g)＋M＋(s)=N2(g)＋MO＋(s)ΔH1＝＋678kJ·mol－1MO＋(s)＋C2H4(g)=C2H4O(g)＋M＋(s)ΔH2＝－283kJ·mol－1在M＋的作用下，以N2O為氧化劑氧化乙烯生成乙醛的熱化學(xué)方程式為_(kāi)________________。氧原子與乙烯生成乙醛的結(jié)合力OA(C2H4)＝473kJ·mol－1，則可作該反應(yīng)催化劑的M＋與氧原子的結(jié)合力OA(M＋)應(yīng)滿(mǎn)足__________________________________。Ⅱ.利用NH3的還原性消除NO的主要反應(yīng)為4NH3(g)＋6NO(g)5N2(g)＋6H2O(g)ΔH＜0。(3)某研究小組將2molNH3和3molNO充入2L密閉容器中，在有氧和無(wú)氧條件下，在Ag2O催化劑表面發(fā)生上述反應(yīng)，NO的轉(zhuǎn)化率隨溫度變化的情況如圖2所示。①在有氧條件下，在5min內(nèi)，溫度從420K升高到580K，此時(shí)間段內(nèi)NO的平均反應(yīng)速率v(NO)＝__________。②在有氧條件下，580K之后NO生成N2的轉(zhuǎn)化率降低的原因可能是___________________。Ⅲ.利用反應(yīng)2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g)，可實(shí)現(xiàn)汽車(chē)尾氣的無(wú)害化處理。(4)一定條件下進(jìn)行該反應(yīng)，測(cè)得CO的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、起始投料比m[m＝eq\f(nNO,nCO)]的關(guān)系如圖3所示。該反應(yīng)的ΔH________(填“>”“<”或“＝”)0。隨著溫度的升高，不同投料比下CO的平衡轉(zhuǎn)化率趨于相近的原因?yàn)開(kāi)_________________________________________________。分別為正、逆反應(yīng)速率常數(shù)，僅與溫度有關(guān)。一定溫度下，在體積為1L的容器中加入2molNO和2molCO發(fā)生上述反應(yīng)，測(cè)得CO和CO2物質(zhì)的量濃度隨時(shí)間的變化如圖4所示，則a點(diǎn)時(shí)，v正∶v逆＝____________。答案(1)N2O(g)＋C2H4(g)=N2(g)＋C2H4O(g)ΔH＝＋395kJ·mol－1(2)kJ·mol－1<OA(M＋)<473kJ·mol－1(3)①mol·L－1·min－1②該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，580K時(shí)反應(yīng)可能達(dá)到平衡，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)(合理答案均可)(4)<溫度較高時(shí)，溫度的變化對(duì)平衡移動(dòng)的影響大于濃度的變化對(duì)平衡移動(dòng)的影響(5)160解析(1)根據(jù)蓋斯定律，將兩個(gè)已知的熱化學(xué)方程式相加，即得N2O氧化乙烯生成乙醛的熱化學(xué)方程式。(2)由催化劑的作用機(jī)理并結(jié)合圖1信息知，當(dāng)氧原子與催化劑的結(jié)合力處于中間值時(shí)，此反應(yīng)可以發(fā)生，即OA(M＋)>167.4kJ·mol－1時(shí)，N2O(g)與M＋(s)可反應(yīng)，OA(M＋)<473kJ·mol－1時(shí)，C2H4O(g)與M＋(s)不反應(yīng)。(3)①NO的平均反應(yīng)速率v(NO)＝eq\f(3mol×－,2L×5min)＝mol·L－1·min－1。②在580K時(shí)反應(yīng)可能達(dá)到平衡，因?yàn)榉磻?yīng)為放熱反應(yīng)，繼續(xù)升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，NO生成N2的轉(zhuǎn)化率降低；在較高溫度下催化劑活性降低，NO生成的轉(zhuǎn)化率也會(huì)降低；也有可能發(fā)生了副反應(yīng)：4NH3＋7O2=4NO2＋6H2O。(4)根據(jù)圖3可知，隨著溫度的升高，CO的平衡轉(zhuǎn)化率逐漸減小，說(shuō)明該反應(yīng)的ΔH<0。根據(jù)圖3可知，影響CO的平衡轉(zhuǎn)化率的因素有溫度、起始投料比m，溫度較高時(shí)，不同投料比下CO的平衡轉(zhuǎn)化率趨于相近，說(shuō)明溫度的變化對(duì)平衡移動(dòng)的影響占主要地位。(5)根據(jù)v正、v逆的表達(dá)式可知，反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝eq\f(k正,k逆)，又根據(jù)圖4可求K＝eq\f(2×2×2)＝80，則a點(diǎn)時(shí)，eq\f(v正,v逆)＝eq\f(k正·c2NO·c2CO,k逆·cN2·c2CO2)＝K×eq\f(c2NO·c2CO,cN2·c2CO2)，由“三段式”可求得a點(diǎn)時(shí)，c(NO)＝c(CO)＝1mol·L－1，c(N2)＝mol·L－1，c(CO2)＝1mol·L－1，將各數(shù)據(jù)代入上述表達(dá)式中，可求eq\f(v正,v逆)＝80×eq\f(12×12×12)＝160。3．CO2引起的氣候變化已經(jīng)引起了全世界的關(guān)注，但同時(shí)CO2也是持續(xù)的碳資源，將CO2轉(zhuǎn)化為高附加值的燃料或化學(xué)品不僅可以解決CO2的問(wèn)題，還可變廢為寶得到有用的化學(xué)品。CO2加氫制甲醇是實(shí)現(xiàn)這一過(guò)程的理想方法之一。(1)CO2加氫制甲醇的化學(xué)方程式是CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(l)＋H2O(l)ΔH，相關(guān)物質(zhì)的燃燒熱數(shù)據(jù)如下表所示：物質(zhì)H2(g)CH3OH(l)燃燒熱ΔH/(kJ·mol－1)－284－726①ΔH＝________kJ·mol－1。②320℃時(shí)，將含CO2體積分?jǐn)?shù)10%的空氣與H2按體積比5∶2投入到密閉容器中，同時(shí)加入催化劑發(fā)生反應(yīng)(此時(shí)體系內(nèi)各物質(zhì)均為氣態(tài))，測(cè)得初始時(shí)壓強(qiáng)為p，反應(yīng)一段時(shí)間后達(dá)到平衡，測(cè)得CO2的平衡轉(zhuǎn)化率為50%，則平衡時(shí)體系的壓強(qiáng)為_(kāi)_______，反應(yīng)的平衡常數(shù)為_(kāi)_______(用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算，分壓＝總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。(2)Fujta等學(xué)者開(kāi)展了在Cu/ZnO催化劑上進(jìn)行CO2＋H2合成甲醇機(jī)理的研究。機(jī)理如下：①過(guò)程3的化學(xué)方程式為_(kāi)___________________________________________；研究表明，過(guò)程3的活化能小但實(shí)際反應(yīng)速率慢，是控速步驟，導(dǎo)致該步反應(yīng)速率小的原因可能是_____________________________________________________________________(填字母)。A．H2O對(duì)該反應(yīng)有阻礙作用B．CO2的存在削弱了同一吸附位上H2的吸附C．溫度變化導(dǎo)致活化能增大D．溫度變化導(dǎo)致平衡常數(shù)減?、赯nO也有催化作用，催化機(jī)理與Cu相似，CH3O－Zn與________反應(yīng)可獲得CH3OH。(3)科學(xué)家設(shè)計(jì)了一種新的CO2－H2O可循環(huán)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)溫室氣體的零排放，同時(shí)也回避了H2的難儲(chǔ)存問(wèn)題，裝置如下：①系統(tǒng)中的能量轉(zhuǎn)化形式有_________________________________________________。②b電極上的電極反應(yīng)式為_(kāi)________________________________________________，如果將電解質(zhì)溶液換為KOH溶液，對(duì)合成甲醇造成的不良后果是_________________________。答案(1)①－126②eq\f(13p,14)eq\f(784,125p2)(2)①HCOO－Cu＋2H2=CH3O－Cu＋H2OAB②H2O(3)①太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能、化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能②CH3OH－6e－＋H2O=CO2＋6H＋KOH與CO2反應(yīng)消耗了CO2，使合成甲醇減少了碳源，中斷反應(yīng)進(jìn)行解析(1)①反應(yīng)ⅰ：H2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=H2O(l)ΔH＝－284kJ·mol－1，反應(yīng)ⅱ：CH3OH(l)＋eq\f(3,2)O2(g)=CO2(g)＋2H2O(l)ΔH＝－726kJ·mol－1，反應(yīng)ⅰ×3－反應(yīng)ⅱ得到CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(l)＋H2O(l)ΔH＝－284kJ·mol－1×3－(－726kJ·mol－1)＝－126kJ·mol－1。②根據(jù)題意得到CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)開(kāi)始eq\f(p,14)eq\f(2p,7)00轉(zhuǎn)化eq\f(p,28)eq\f(3p,28)eq\f(p,28)eq\f(p,28)平衡eq\f(p,28)eq\f(5p,28)eq\f(p,28)eq\f(p,28)則平衡時(shí)體系的壓強(qiáng)為eq\f(p,28)＋eq\f(5p,28)＋eq\f(9p,14)＋eq\f(p,28)＋eq\f(p,28)＝eq\f(13p,14)，反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝eq\f(\f(p,28)×\f(p,28),\f(p,28)×\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(5p,28)))3)＝eq\f(784,125p2)。(2)①根據(jù)圖中信息得到過(guò)程3的化學(xué)方程式為HCOO－Cu＋2H2=CH3O－Cu＋H2O；研究表明，過(guò)程3的活化能小但實(shí)際反應(yīng)速率慢，是控速步驟，可能是過(guò)程3生成的H2O對(duì)該反應(yīng)有阻礙作用，也可能是CO2的存在削弱了同一吸附位上H2的吸附。②ZnO也有催化作用，催化機(jī)理與Cu相似，根據(jù)質(zhì)量守恒得到CH3O－Zn與H2O反應(yīng)可獲得CH3OH和ZnO。(3)①根據(jù)圖中信息太陽(yáng)光在催化劑作用下將水變?yōu)闅錃夂脱鯕猓瑲錃夂投趸挤磻?yīng)生成甲醇，甲醇氧氣酸性燃料電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，因此系統(tǒng)中的能量轉(zhuǎn)化形式有太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能、化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。②b電極為負(fù)極，在酸性介質(zhì)中b電極上的電極反應(yīng)式為CH3O