2022屆高考化學(xué)二輪教學(xué)案-題型三化學(xué)反應(yīng)原理綜合題真題示范

1．(2021·全國甲卷，28)二氧化碳催化加氫制甲醇，有利于減少溫室氣體二氧化碳?；卮鹣铝袉栴}：(1)二氧化碳加氫制甲醇的總反應(yīng)可表示為：CO2(g)＋3H2(g)=CH3OH(g)＋H2O(g)該反應(yīng)一般認(rèn)為通過如下步驟來實(shí)現(xiàn)：①CO2(g)＋H2(g)=CO(g)＋H2O(g)ΔH1＝＋41kJ·mol－1②CO(g)＋2H2(g)=CH3OH(g)ΔH2＝－90kJ·mol－1總反應(yīng)的ΔH＝________kJ·mol－1；若反應(yīng)①為慢反應(yīng)，下列示意圖中能體現(xiàn)上述反應(yīng)能量變化的是__________(填標(biāo)號)，判斷的理由是__________________________________________________________________________________________________________________。(2)合成總反應(yīng)在起始物eq\f(nH2,nCO2)＝3時(shí)，在不同條件下達(dá)到平衡，設(shè)體系中甲醇的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為x(CH3OH)，在t＝250℃下的x(CH3OH)～p、在p＝5×105Pa下的x(CH3OH)～t如圖所示。①用各物質(zhì)的平衡分壓表示總反應(yīng)的平衡常數(shù)，表達(dá)式Kp＝________________；②圖中對應(yīng)等壓過程的曲線是__________，判斷的理由是____________________________；③當(dāng)x(CH3OH)＝0.10時(shí)，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率α＝________，反應(yīng)條件可能為________________或________________。答案(1)－49AΔH1為正值，ΔH2和ΔH為負(fù)值，反應(yīng)①的活化能大于反應(yīng)②的活化能(2)①eq\f(pH2O·pCH3OH,p3H2·pCO2)②b總反應(yīng)ΔH<0，升高溫度時(shí)平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，甲醇的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)變?、?3.3%5×105Pa,210℃9×105Pa,250℃解析(1)根據(jù)蓋斯定律可知，①＋②可得二氧化碳加氫制甲醇的總反應(yīng)CO2(g)＋3H2(g)=CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH＝(＋41kJ·mol－1)＋(－90kJ·mol－1)＝－49kJ·mol－1；該反應(yīng)總反應(yīng)為放熱反應(yīng)，因此生成物總能量低于反應(yīng)物總能量，反應(yīng)①為慢反應(yīng)，因此反應(yīng)①的活化能高于反應(yīng)②，同時(shí)反應(yīng)①的反應(yīng)物總能量低于生成物總能量，反應(yīng)②的反應(yīng)物總能量高于生成物總能量，因此示意圖中能體現(xiàn)反應(yīng)能量變化的是A項(xiàng)。(2)①二氧化碳加氫制甲醇的總反應(yīng)為CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)，用各物質(zhì)的平衡分壓表示總反應(yīng)的平衡常數(shù)，表達(dá)式Kp＝eq\f(pH2O·pCH3OH,p3H2·pCO2)。②該反應(yīng)正反應(yīng)方向?yàn)榉艧岱磻?yīng)，升高溫度時(shí)平衡逆向移動(dòng)，體系中x(CH3OH)將減小，因此圖中對應(yīng)等壓過程的曲線是b。③設(shè)起始n(CO2)＝1mol，n(H2)＝3mol，則3H2(g)＋CO2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)起始/mol3100轉(zhuǎn)化/mol3xxxx平衡/mol3－3x1－xxx當(dāng)平衡時(shí)，若x(CH3OH)＝0.10，eq\f(x,3－3x＋1－x＋x＋x)＝0.10，解得x＝eq\f(1,3)，平衡時(shí)CO2的轉(zhuǎn)化率α＝eq\f(\f(1,3)mol,1mol)×100%≈33.3%；由圖可知，滿足平衡時(shí)x(CH3OH)＝0.10的條件有：5×105Pa,210℃或9×105Pa,250℃。2．(2021·全國乙卷，28)一氯化碘(ICl)是一種鹵素互化物，具有強(qiáng)氧化性，可與金屬直接反應(yīng)，也可用作有機(jī)合成中的碘化劑。回答下列問題：(1)歷史上海藻提碘中得到一種紅棕色液體，由于性質(zhì)相似，Liebig誤認(rèn)為是ICl，從而錯(cuò)過了一種新元素的發(fā)現(xiàn)。該元素是__________。(2)氯鉑酸鋇(BaPtCl6)固體加熱時(shí)部分分解為BaCl2、Pt和Cl2,376.8℃時(shí)平衡常數(shù)Kp＝1.0×104Pa2，在一硬質(zhì)玻璃燒瓶中加入過量BaPtCl6，抽真空后，通過一支管通入碘蒸氣(然后將支管封閉)。在376.8℃，碘蒸氣初始壓強(qiáng)為20.0kPa。376.8℃平衡時(shí)，測得燒瓶中壓強(qiáng)為32.5kPa，則pICl＝_______kPa,反應(yīng)2ICl(g)Cl2(g)＋I(xiàn)2(g)的平衡常數(shù)K＝____________________(列出計(jì)算式即可)。(3)McMoris測定和計(jì)算了在136～180℃范圍內(nèi)下列反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp。2NO(g)＋2ICl(g)2NOCl(g)＋I(xiàn)2(g)Kp12NOCl(g)2NO(g)＋Cl2(g)Kp2得到lgKp1～eq\f(1,T)和lgKp2～eq\f(1,T)均為線性關(guān)系，如下圖所示：①由圖可知，NOCl分解為NO和Cl2，反應(yīng)的ΔH______0(填“大于”或“小于”)。②反應(yīng)2ICl(g)Cl2(g)＋I(xiàn)2(g)的K＝____________(用Kp1、Kp2表示)；該反應(yīng)的ΔH____0(填“大于”或“小于”),寫出推理過程：______________________________________。(4)Kistiakowsky曾研究了NOCl光化學(xué)分解反應(yīng)，在一定頻率(ν)光的照射下機(jī)理為：NOCl＋hν→NOCl*NOCl＋NOCl*→2NO＋Cl2其中hν表示一個(gè)光子能量，NOCl*表示NOCl的激發(fā)態(tài)?？芍?，分解1mol的NOCl需要吸收_____________mol的光子。答案(1)溴(或Br)(2)24.8eq\f(100×20×103－12.4×103,24.8×1032)(3)①大于②Kp1·Kp2大于設(shè)T′>T，即eq\f(1,T′)<eq\f(1,T)，由圖可知：lgKp2(T′)－lgKp2(T)>|lgKp1(T′)－lgKp1(T)|＝lgKp1(T)－lgKp1(T′)，則：lg[Kp2(T′)·Kp1(T′)]>lg[Kp2(T)·Kp1(T)]，即K(T′)>K(T)，因此該反應(yīng)正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，即ΔH大于0(4)0.5解析(1)紅棕色液體，推測為溴單質(zhì)，因此錯(cuò)過發(fā)現(xiàn)的元素是溴(或Br)。(2)由題意可知，376.8℃時(shí)玻璃燒瓶中發(fā)生兩個(gè)反應(yīng)：BaPtCl6(s)eq\o(,\s\up7(△))BaCl2(s)＋Pt(s)＋2Cl2(g)、Cl2(g)＋I(xiàn)2(g)2ICl(g)。BaPtCl6(s)eq\o(,\s\up7(△))BaCl2(s)＋Pt(s)＋2Cl2(g)的平衡常數(shù)Kp＝1.0×104Pa2，則平衡時(shí)p2(Cl2)＝1.0×104Pa2，p(Cl2)＝100Pa，設(shè)達(dá)到平衡時(shí)I2(g)的分壓減小pkPa，則Cl2(g)＋I(xiàn)2(g)2ICl(g)開始/kPa20.00變化/kPap2p平衡/kPa0.120.0－p2p376．8℃平衡時(shí)，測得燒瓶中壓強(qiáng)為32.5kPa，則0.1＋20.0＋p＝32.5，解得p＝12.4，則平衡時(shí)pICl＝2pkPa＝2×12.4kPa＝24.8kPa；則平衡時(shí)，I2(g)的分壓為(20.0－p)kPa＝(20×103－12.4×103)Pa，pICl＝24.8kPa＝24.8×103Pa，p(Cl2)＝0.1kPa＝100Pa，因此反應(yīng)2ICl(g)Cl2(g)＋I(xiàn)2(g)的平衡常數(shù)K＝eq\f(100×20×103－12.4×103,24.8×1032)。(3)①結(jié)合圖可知，溫度越高，eq\f(1,T)越小，lgKp2越大，即Kp2越大，說明升高溫度平衡2NOCl(g)2NO(g)＋Cl2(g)正向移動(dòng)，則NOCl分解為NO和Cl2反應(yīng)的ΔH大于0。②Ⅰ.2NO(g)＋2ICl(g)2NOCl(g)＋I(xiàn)2(g)Kp1Ⅱ.2NOCl(g)2NO(g)＋Cl2(g)Kp2Ⅰ＋Ⅱ得2ICl(g)Cl2(g)＋I(xiàn)2(g)，則2ICl(g)Cl2(g)＋I(xiàn)2(g)的K＝Kp1·Kp2；該反應(yīng)的ΔH大于0；推理過程如下：設(shè)T′>T，即eq\f(1,T′)<eq\f(1,T)，由圖可知：lgKp2(T′)－lgKp2(T)>|lgKp1(T′)－lgKp1(T)|＝lgKp1(T)－lgKp1(T′)，則：lg[Kp2(T′)·Kp1(T′)]>lg[Kp2(T)·Kp1(T)]，即K(T′)>K(T)，因此該反應(yīng)的正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，即ΔH大于0。(4)Ⅰ.NOCl＋hν→NOCl*Ⅱ.NOCl＋NOCl*→2NO＋Cl2Ⅰ＋Ⅱ得總反應(yīng)為2NOCl＋hν=2NO＋Cl2，因此2molNOCl分解需要吸收1mol光子能量，則分解1mol的NOCl需要吸收0.5mol光子。3．(2020·全國卷Ⅰ，28)硫酸是一種重要的基本化工產(chǎn)品，接觸法制硫酸生產(chǎn)中的關(guān)鍵工序是SO2的催化氧化：SO2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)eq\o(,\s\up7(釩催化劑))SO3(g)ΔH＝－98kJ·mol－1?；卮鹣铝袉栴}：(1)釩催化劑參與反應(yīng)的能量變化如圖(a)所示，V2O5(s)與SO2(g)反應(yīng)生成VOSO4(s)和V2O4(s)的熱化學(xué)方程式為____________________________________________________。(2)當(dāng)SO2(g)、O2(g)和N2(g)起始的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)分別為7.5%、10.5%和82%時(shí)，在0.5MPa、2.5MPa和5.0MPa壓強(qiáng)下，SO2平衡轉(zhuǎn)化率α隨溫度的變化如圖(b)所示。反應(yīng)在5.0MPa、550℃時(shí)的α＝________，判斷的依據(jù)是________________________________________。影響α的因素有__________________________。(3)將組成(物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))為2m%SO2(g)、m%O2(g)和q%N2(g)的氣體通入反應(yīng)器，在溫度t、壓強(qiáng)p條件下進(jìn)行反應(yīng)。平衡時(shí)，若SO2轉(zhuǎn)化率為α，則SO3壓強(qiáng)為__________________，平衡常數(shù)Kp＝________________(以分壓表示，分壓＝總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。(4)研究表明，SO2催化氧化的反應(yīng)速率方程為v＝k(eq\f(α,α′)－1)0.8(1－nα′)。式中：k為反應(yīng)速率常數(shù)，隨溫度t升高而增大；α為SO2平衡轉(zhuǎn)化率，α′為某時(shí)刻SO2轉(zhuǎn)化率，n為常數(shù)。在α′＝0.90時(shí)，將一系列溫度下的k、α值代入上述速率方程，得到v～t曲線，如圖(c)所示。曲線上v最大值所對應(yīng)溫度稱為該α′下反應(yīng)的最適宜溫度tm。t<tm時(shí)，v逐漸提高；t>tm后，v逐漸下降。原因是___________________________________________________________。答案(1)2V2O5(s)＋2SO2(g)=2VOSO4(s)＋V2O4(s)ΔH＝－351kJ·mol－1(2)0.975該反應(yīng)氣體分子數(shù)減少，增大壓強(qiáng)，α提高。5.0MPa＞2.5MPa＝p2，所以p1＝5.0MPa反應(yīng)物的起始濃度(組成)、溫度、壓強(qiáng)(3)eq\f(2mαp,100－mα)eq\f(α,1－α1.5\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(mp,100－mα)))0.5)(4)升高溫度，k增大使v逐漸提高，但α降低使v逐漸下降。當(dāng)t＜tm，k增大對v的提高大于α引起的降低；當(dāng)t＞tm，k增大對v的提高小于α引起的降低②V2O4(s)＋SO3(g)=V2O5(s)＋SO2(g)ΔH2＝－24kJ·mol－1，由①－②×2可得：2V2O5(s)＋2SO2(g)=2VOSO4(s)＋V2O4(s)ΔH＝ΔH1－2ΔH2＝(－399kJ·mol－1)－(－24kJ·mol－1)×2＝－351kJ·mol－1。(2)反應(yīng)2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)的正反應(yīng)是氣體總分子數(shù)減少的放熱反應(yīng)，其他條件相同時(shí)，增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，SO2平衡轉(zhuǎn)化率增大，則圖中p1＝5.0MPa，p3＝0.5MPa。由圖可知，反應(yīng)在5.0MPa、550℃時(shí)SO2的平衡轉(zhuǎn)化率α＝0.975。溫度、壓強(qiáng)和反應(yīng)物的起始濃度(組成)都會(huì)影響SO2的平衡轉(zhuǎn)化率α，溫度一定時(shí)，壓強(qiáng)越大，α越大；壓強(qiáng)一定時(shí)，溫度越高，α越小。(3)假設(shè)原氣體的物質(zhì)的量為100mol，則SO2、O2和N2的物質(zhì)的量分別為2mmol，mmol和qmol,2m＋m＋q＝100，利用“三段式法”計(jì)算：SO2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)eq\o(,\s\up7(釩催化劑))SO3(g)起始量/mol2mm0轉(zhuǎn)化量/mol2mαmα2mα平衡量/mol2m×(1－α)m×(1－α)2mα平衡時(shí)混合氣體的總物質(zhì)的量為2m×(1－α)mol＋m×(1－α)mol＋2mαmol＋qmol＝(3m－mα＋q)mol，SO3的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為eq\f(2mαmol,3m－mα＋qmol)×100%＝eq\f(2mα,100－mα)×100%，則平衡時(shí)SO3的壓強(qiáng)為eq\f(2mα,100－mα)p。平衡時(shí)，SO2、O2的壓強(qiáng)分別為eq\f(2m1－α,100－mα)p、eq\f(m1－α,100－mα)p，則平衡常數(shù)Kp＝eq\f(\f(2mα,100－mα)p,\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(2m1－α,100－mα)p))·\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(m1－α,100－mα)p))0.5)＝eq\f(α,1－α1.5\f(mp,100－mα)0.5)。4．(2020·全國卷Ⅱ，28)天然氣的主要成分為CH4，一般還含有C2H6等烴類，是重要的燃料和化工原料。(1)乙烷在一定條件可發(fā)生如下反應(yīng)：C2H6(g)=C2H4(g)＋H2(g)ΔH1，相關(guān)物質(zhì)的燃燒熱數(shù)據(jù)如下表所示：物質(zhì)C2H6(g)C2H4(g)H2(g)燃燒熱ΔH/(kJ·mol－1)－1560－1411－286①ΔH1＝________kJ·mol－1。②提高該反應(yīng)平衡轉(zhuǎn)化率的方法有________________、________________。③容器中通入等物質(zhì)的量的乙烷和氫氣，在等壓下(p)發(fā)生上述反應(yīng)，乙烷的平衡轉(zhuǎn)化率為α。反應(yīng)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))。(2)高溫下，甲烷生成乙烷的反應(yīng)如下：2CH4eq\o(→,\s\up7(高溫))C2H6＋H2。反應(yīng)在初期階段的速率方程為r＝k×cCH4，其中k為反應(yīng)速率常數(shù)。①設(shè)反應(yīng)開始時(shí)的反應(yīng)速率為r1，甲烷的轉(zhuǎn)化率為α?xí)r的反應(yīng)速率為r2，則r2＝________r1。②對于處于初期階段的該反應(yīng)，下列說法正確的是__________________________________。A．增加甲烷濃度，r增大B．增加H2濃度，r增大C．乙烷的生成速率逐漸增大D．降低反應(yīng)溫度，k減小(3)CH4和CO2都是比較穩(wěn)定的分子，科學(xué)家利用電化學(xué)裝置實(shí)現(xiàn)兩種分子的耦合轉(zhuǎn)化，其原理如下圖所示：①陰極上的反應(yīng)式為_______________________________________________________。②若生成的乙烯和乙烷的體積比為2∶1，則消耗的CH4和CO2體積比為________。答案(1)①＋137②升高溫度減小壓強(qiáng)(增大體積)③eq\f(α1＋α,2＋α1－α)×p(2)①(1－α)②AD(3)①CO2＋2e－=CO＋O2－②6∶5解析(1)①先寫出三種氣體的燃燒熱的熱化學(xué)方程式，然后根據(jù)蓋斯定律，ΔH1＝－1560kJ·mol－1－(－1411kJ·mol－1)－(－286kJ·mol－1)＝＋137kJ·mol－1。②C2H6(g)=C2H4(g)＋H2(g)ΔH1＝＋137kJ·mol－1是一個(gè)氣體分子數(shù)增大的吸熱反應(yīng)，要提高反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，可以采取升高溫度、減小壓強(qiáng)(增大體積)等措施。③設(shè)容器中通入的