2022屆高考新教材化學二輪復習填空題熱點考點專練考點五　化學反應原理綜合應用

考點五化學反應原理綜合應用1．（1）CO2的綜合治理有助于減緩溫室效應。已知下列熱化學方程式：ⅰ.2CO2（g）＋6H2（g）eq\o(,\s\up7(催化劑),\s\do5(△))CH3OCH3（g）＋3H2O（g）ΔH1＝－122.6kJ·mol－1ⅱ.CH3OCH3（g）＋H2O（g）eq\o(,\s\up7(催化劑),\s\do5(△))2CH3OH（g）ΔH2＝＋23.4kJ·mol－1ⅲ.CO2（g）＋3H2（g）eq\o(,\s\up7(催化劑),\s\do5(△))CH3OH（g）＋H2O（g）ΔH3ⅳ.CH4（g）＋H2O（g）eq\o(,\s\up7(催化劑),\s\do5(△))CO（g）＋3H2（g）ΔH4＝＋206.4kJ·mol－1ⅴ.CO（g）＋H2O（g）eq\o(,\s\up7(催化劑),\s\do5(△))CO2（g）＋H2（g）ΔH5＝－41kJ·mol－1①ΔH3＝。②我國科學研究工作者研究了在Cu—ZnO—ZrO2催化劑條件下ⅲ的反應機理，反應機理如圖1所示。下列說法正確的是（填字母）。A．增大體系中CO2的投入量有利于提高CO2的轉化率B．活性*H是合成甲醇的必要中間體C．使用催化劑可以降低反應的活化能及反應熱③一定條件下，向某密閉容器中eq\f(c（CO2）,c（H2）))＝eq\f(1,3)投料，發(fā)生反應ⅲ，反應達到平衡時，容器中H2的平衡轉化率與壓強、溫度的關系如圖2所示，則溫度T1、T2、T3由大到小的順序為。④向催化劑Cu—ZnO—ZrO2中加入Mn助劑能夠提高二甲醚（CH3OCH3）的產(chǎn)率，通過研究Mn%值對反應的影響，得到數(shù)據(jù)如表：Mn%CO2的轉化率/%選擇性產(chǎn)率CH3OCH3CH3OHCOCH3OCH3028.955.112.932.015.90．530.356.013.330.717.0133.457.512.629.919.2228.950.112.837.114.5由上表數(shù)據(jù)可知，為獲得更多二甲醚，合適的Mn%值為。（2）將等物質的量的CH4（g）和H2O（g）加入恒溫恒容密閉容器（壓強為100kPa）中，發(fā)生反應ⅳ和ⅴ，容器內氣體的壓強隨時間的變化關系如表所示。時間/min060120180240300360壓強/kPa100118132144154162162300min時，體系（填“處于”或“不處于”）平衡狀態(tài)。反應ⅳ前180min內平均反應速率v（CH4）＝kPa·min－1（保留小數(shù)點后2位，下同），300min時，測得氫氣分壓[p（H2）]為105kPa，Kp為用氣體分壓表示的平衡常數(shù)，分壓－總壓×物質的量分數(shù)，則反應v的平衡常數(shù)Kp＝。2．研究NOx、COx的消除對改善生態(tài)環(huán)境、構建生態(tài)文明具有重要的意義。Ⅰ.汽油燃油車上安裝三元催化轉化器，可有效降低汽車尾氣污染。（1）在標準壓強和指定溫度下，由元素最穩(wěn)定的單質生成1mol化合物時的反應熱稱為該化合物的標準摩爾生成焓。已知CO（g）、CO2（g）、NO（g）的標準摩爾生成焓分別為－110.5kJ·mol－1、－393.5kJ·mol－1、＋90.25kJ·mol－1。CO和N2兩種尾氣在催化劑作用下反應生成N2的熱化學方程式是。（2）研究CO和NO反應，測得在某溫度下一定體積的密閉容器中，NO和CO濃度隨時間變化如表：時間（s）濃度（10－3mol·L－1）0246c（NO）1.000.250.100.10c（CO）3.602.852.702.70前4s內的速率v（NO）＝。（3）實驗測得，v正＝k正·c2（NO）·c2（CO），v逆＝k逆·c（N2）·c2（CO2）（k正、k逆為速率常數(shù)）。在一定溫度下，向2L的密閉容器中充入NO和CO氣體各1mol，NO的轉化率為40%時達到化學平衡，則eq\f(k正,k逆)＝（保留兩位小數(shù)）。Ⅱ.工業(yè)上，常采用氧化還原方法處理尾氣中的CO。瀝青混凝土可作為反應2CO（g）＋O2（g）?2CO2（g）的催化劑。圖中表示在相同的恒容密閉容器、相同起始濃度、相同反應時間段下，使用同質量的不同瀝青混凝土（α型、β型）催化時，CO的轉化率與溫度的關系。（4）在a、b、c、d四點中，未達到平衡狀態(tài)的是（填序號）。（5）下列關于圖示的說法正確的是（填序號）。A．e點轉化率出現(xiàn)突變的原因可能是溫度升高后催化劑失去活性B．b點時CO與O2分子之間發(fā)生有效碰撞的幾率在整個實驗過程中最高C．在均未達到平衡狀態(tài)時，同溫下β型瀝青混凝土中CO轉化速率比α型的要大D．CO轉化反應的平衡常數(shù)Ka≤Kc3．二甲醚（CH3OCH3）是優(yōu)良的潔凈燃料，利用CO2催化加氫制二甲醚過程中發(fā)生的化學反應為：反應Ⅰ：CO2（g）＋H2O（g）?CO（g）＋H2O（g）ΔH1>0反應Ⅱ：CO2（g）＋3H2（g）?CH3OH（g）＋H2O（g）ΔH2<0反應Ⅲ：2CH3OH（g）?CH3OCH3（g）＋H2O（g）ΔH3<0回答下列問題：（1）甲醇水化制H2的反應能量變化如下圖所示，則ΔH2＝kJ·mol－1（用含有a、b、c的式子表示）。（2）在一定條件下，在恒容密閉容器中按eq\f(n\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(H2)),n\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(CO2)))＝3投料進行上述反應，CO2的平衡轉化率及CO、CH3OCH3、CH3OH的平衡體積分數(shù)隨溫度變化如下圖所示。①圖中曲線X表示的平衡體積分數(shù)隨溫度變化，溫度從453K上升至573K，CO2的平衡轉化率變化的原因是，能同時提高CH3OCH3的平衡體積分數(shù)和CO2的平衡轉化率的措施是。②一定溫度下，向體積為1L的恒容密閉容器中通入1molCO2和3molH2進行上述反應，反應經(jīng)10min達平衡，CO2的平衡轉化率為30%，容器中CO（g）為0.05mol，CH3OH（g）為0.05mol。前10minCH3OCH3（g）的反應速率為，反應Ⅲ的平衡常數(shù)Kc＝。繼續(xù)向容器中加入0.1molCH3OH（g）和0.1molH2O（g），此時反應Ⅲ（填“向正反應方向進行”“向逆反應方向進行”或“處于平衡狀態(tài)”）。4．合成氨技術的創(chuàng)立開辟了人工固氮的重要途徑，解決了億萬人口生存問題，回答下列問題：（1）科學家研究利用鐵觸媒催化合成氨的反應歷程如圖所示，其中吸附在催化劑表面的物種用“ad”表示。由圖可知合成氨反應N2（g）＋3H2（g）?2NH3（g）的ΔH＝kJ·mol－1。該歷程中速率最快的一步的活化能（E）為kJ·mol－1。（2）工業(yè)合成氨反應為：N2（g）＋3H2（g）?2NH3（g），當進料體積比V（N2）∶V（H2）＝1∶3時，平衡氣體中NH3的物質的量分數(shù)隨溫度和壓強變化的關系如圖所示：①500℃時，反應的平衡常數(shù)Kp（100MPa）Kp（30MPa）。（填“＜”“＝”或“＞”）②500℃、30MPa時，氫氣的平衡轉化率為（保留3位有效數(shù)字），Kp＝（MPa）－2（列出計算式）。[Kp為平衡分壓代替平衡濃度計算求得的平衡常數(shù)（分壓＝總壓×物質的量分數(shù)）]（3）科學家利用電解法在常溫常壓下合成氨，工作時陰極區(qū)的微觀示意圖如圖，其中電解液為溶解有三氟甲磺酸鋰和乙醇的惰性有機溶劑。①陰極區(qū)生成NH3的電極反應式為。②下列說法正確的是（填標號）。A．該裝置用金（Au）作催化劑，目的是降低N2的鍵能B．三氟甲磺酸鋰的作用是增強導電性C．選擇性透過膜可允許N2和NH3通過，防止H2O進入裝置考點五化學反應原理綜合應用1．解析：（1）①根據(jù)蓋斯定律，由eq\f(1,2)（①＋②）可得CO2eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(g))＋3H2eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(g))=CH3OHeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(g))＋H2Oeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(g))，則ΔH3＝eq\f(1,2)×（－122.6kJ·mol－1＋23.4kJ·mol－1）＝－49.6kJ·mol－1；②據(jù)圖中信息，活性*H參與了*HCOO－＋*H→*H3CO－＋H2O過程，該步驟是合成甲醇的中間步驟之一，因此活性*H是合成甲醇的必要中間體，B項正確；③該反應的正反應為放熱反應，其他條件不變時，升高溫度平衡逆向移動，H2的平衡轉化率逐漸降低，故T3>T2>T1；④應選擇合適的Mn%值使CH3OCH3的選擇性和產(chǎn)率越高，而CO2轉化率又不會過低，由表中數(shù)據(jù)可知Mn助劑占1%時，效果相對較好；（2）300min后壓強保持不變，300min時，體系處于平衡狀態(tài)；設CH4的壓強變化量為x，根據(jù)題意得：CH4（g）＋H2O（g）?CO（g）＋3H2（g）ΔV11134－2＝2x144－100＝44kPa故eq\f(1,x)＝eq\f(2,44kPa)，解得x＝22kPa，v＝eq\f(Δp,Δt)＝eq\f(22kPa,180min)≈0.12kPa·min－1；將等物質的量的CH4（g）和H2O（g）加入恒溫恒容密閉容器（壓強為100kPa）中，則CH4（g）和H2O（g）的起始壓強均為50kPa，設反應ⅳ中CH4的壓強變化量為x，反應中CO壓強的變化量為y，根據(jù)題意得：CH4（g）＋H2O（g）?CO（g）＋3H2（g）起始（kPa）505000變化（kPa）xxx3x終止（kPa）50－x50－xx3xCO（g）＋H2O（g）?CO2（g）＋H2（g）起始（kPa）x50－x03x變化（kPa）yyyy終止（kPa）x－y50－x－yy3x＋y根據(jù)300min時，氫氣分壓peq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(H2))為105kPa，總壓強為162kPa，可得eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(50kPa－x＋50kPa－x＋x＋3x＝162kPa,3x＋y＝105kPa))，解得eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(x＝31kPa,y＝12kPa))，則300min時，H2O、CO、H2、CO2的壓強分別為7kPa、19kPa、105kPa、12kPa，Kp＝eq\f(p\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(CO2))p\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(H2)),p（CO）p\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(H2O)))＝eq\f(12×105,19×7)≈9.47。答案：（1）①－49.6kJ·mol－1②B③T3>T2>T1④1%（2）處于0.129.472．解析：（1）由標準摩爾生成焓定義可知：①C（s）＋eq\f(1,2)O2（g）=CO（g）ΔH1＝－110.5kJ·mol－1②C（s）＋O2（g）=CO2（g）ΔH2＝－393.5kJ·mol－1③eq\f(1,2)N2（g）＋eq\f(1,2)O2（g）=NO（g）ΔH3＝＋90.25kJ·mol－1由蓋斯定律可得2×（②－①－③）得：2NO（g）＋2CO（g）?N2（g）＋2CO2（g）ΔH＝2×（－393.5＋110.5－90.25）kJ·mol—1＝—746.5kJ·mol—1，即CO和N2兩種尾氣在催化劑作用下反應生成N2的熱化學方程式為2NO（g）＋2CO（g）?N2（g）＋2CO2（g）ΔH＝－746.5kJ·mol－1；（2）前4s內NO的濃度變化量為（1.00mol·L－1－0.10mol·L－1）×10－3＝9.00×10－4mol·L－1，則前4s內的速率v（NO）＝eq\f(9.00×10－4mol·L－1,4s)＝2.25×10－4mol·L－1·s－1；（3）由題意有三段式2NO＋2CO?N2＋2CO2開始（mol·L－1）0.50.500變化（mol·L－1）0.20.20.10.2平衡（mol·L－1）0.30.30.10.2，平衡時v正＝v逆，即k正×0.32×0.32＝k逆×0.1×0.22，解得eq\f(k正,k逆)＝0.49（保留兩位小數(shù)）；（4）β型曲線，b點前反應未平衡，反應正向進行，CO轉化率隨溫度升高而增大，b點達到平衡，b點之后升高溫度，平衡逆向移動，CO的轉化率減?。沪列颓€，c點前反應未平衡，反應正向進行，CO轉化率隨溫度升高增大，c點達到平衡，c點之后升高溫度，平衡逆向移動，CO的轉化率減?。灰虼嗽赼、b、c、d四點中，未達到平衡狀態(tài)的是a點；（5）催化劑在一定溫度范圍內才有活性，e點轉化率出現(xiàn)突變，可能的原因是溫度太高，催化劑失去活性，A正確；其他條件相同時，溫度越高，活化分子百分數(shù)越大，有效碰撞幾率越大，因此b點時CO與O2分子之間發(fā)生有效碰撞的幾率不是最高，B錯誤；結合（4）可知在曲線的頂點之前反應未達到平衡，由圖可知在均未達到平衡狀態(tài)時，同溫下β型瀝青混凝土中CO轉化率比α型的要大，因未平衡，則相同時間內CO轉化速率β型比α型的大，C正確；平衡常數(shù)K只與溫度有關，溫度不同，K不同，結合（4）可知溫度升高，平衡逆向移動，K減小，則Ka>Kc，D錯誤。答案：Ⅰ.（1）2NO（g）＋2CO（g）?N2（g）＋2CO2（g）ΔH＝－746.5kJ·mol－1（2）2.25×10－4mol·L－1·s－1（3）0.49Ⅱ.（4）a（5）AC3．解析：（1）由圖示可得該過程的總反應為：CH3OH（g）＋H2O（g）?CO2（g）＋3H2（g），對應焓變ΔH＝（c＋a－b）kJ·mol－1，反應Ⅱ為該反應的逆反應，故ΔH2＝－ΔH＝（b－a－c）kJ·mol－1，故此處填：b－a－c；（2）①隨著溫度的升高，反應Ⅲ平衡逆向移動，故CH3OCH3平衡體積分數(shù)減小，對應曲線X，故此處填：CH3OCH3（或二甲醚）；CO2的平衡轉化率與反應Ⅰ、Ⅱ有關，且溫度升高，兩個反應平衡移動方向不一致，在不同溫度范圍內，兩個反應程度不同，故CO2的平衡轉化率表現(xiàn)不一致，故此處填：453K到553K，主要發(fā)生反應Ⅱ，反應Ⅱ正反應放熱，溫度升高CO2的平衡轉化率下降，553K到573K，主要發(fā)生反應Ⅰ，反應Ⅰ正反應吸熱，溫度升高CO2的平衡轉化率升高；提高二甲醚的體積分數(shù)和CO2平衡轉化率，可采用增大壓強的措施，因為增大壓強，反應Ⅱ、Ⅲ平衡均正向移動，故此處填：增大壓強；②由題意知，轉化的CO2物質的量n（CO2）＝1mol×30%＝0.3mol，平衡時CO物質的量為0.05mol，說明通過反應Ⅰ轉化的CO2為0.05mol，則通過反應Ⅱ轉化的CO2為0.25mol，故反應Ⅱ生成CH3OH為0.25mol，又平衡時CH3OH為0.05mol，說明有0.2molCH3OH通過反應Ⅲ轉化為CH3OCH3，列式如下：H2（g）＋CO2（g）?CO（g）＋H2O（g）起始（mol）0.050.050.050.05平衡（mol）0.053H2（g）＋CO2（g）?CH3OH（g）＋H2O（g）起始（mol）0.250.750.250.25平衡（mol）0.052CH3OH（g）?CH3OCH3（g）＋H2O（g）起始（mol）0.20.10.1平衡（mol）0.050.1綜上所述，平衡時n（CH3OH）＝0.05mol，n（CH3OCH3）＝0.1mol，n（H2O）＝（0.05＋0.25＋0.1）mol＝0.4mol，前10minCH3OCH3的反應速率＝eq\f(\f(0.1mol,1L),10min)＝0.01mol·L－1·min－1；反應ⅢKc＝eq\f(c（CH3OCH3）·c（H2O）,c2（CH3OH）)＝eq\f(\f(0.1mol,1L)×\f(0.4mol,1L),（\f(0.05mol,1L)）2)＝16；再加入0.1molCH3OH、0.1molH2O后，此時Qc＝eq\f(c（CH3OCH3）·c（H2O）,c2（CH3OH）)＝eq\f(\f(0.1mol,1L)×\f(（0.4＋0.1）mol,1L),\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(（0.05＋0.1）mol,1L)))2)＝2.22＜Kc，故平衡向正反應方向移動，故此處填：向正反應方向進行。答案：（1）（b－a－c）（2）①二甲醚453K到553K，主要發(fā)生反應Ⅱ，反應Ⅱ正反應放熱，溫度升高CO2的平衡轉化率下降；553K到573K，主要發(fā)生反應Ⅰ，反應Ⅰ正反應吸熱，溫度升高CO2的平衡轉化率升高增大壓強②0.01mol·L－1·min－116向正反應方向進行4．解析：（1）由圖可知，合成氨反應N2（g）＋3H2（g）?2NH3（g