2020高考化学通用版冲刺大二轮复习讲义题型三化学反应原理综合题的研究真题调研

1．(2019·全国卷Ⅰ，28)水煤气变换[CO(g)＋H2O(g)=CO2(g)＋H2(g)]是重要的化工过程，主要用于合成氨、制氢以及合成气加工等工业领域中。回答下列问题：(1)Shibata曾做过下列实验：①使纯H2缓慢地通过处于721℃下的过量氧化钴 CoO(s)，氧化钴部分被还原为金属钴Co(s)，平衡后气体中H2的物质的量分数为0.0250。②在同一温度下用CO还原CoO(s)，平衡后气体中CO的物质的量分数为0.0192。根据上述实验结果判断，还原CoO(s)为Co(s)的倾向是CO_____H2(填“大于”或“小于”)。(2)721℃时，在密闭容器中将等物质的量的CO(g)和H2O(g)混合，采用适当的催化剂进行反应，则平衡时体系中H2的物质的量分数为________(填标号)。A．<0.25B．0.25C．0.25～0.50D．0.50E．>0.50(3)我国学者结合实验与计算机模拟结果，研究了在金催化剂表面上水煤气变换的反应历程，如图所示，其中吸附在金催化剂表面上的物种用*标注。可知水煤气变换的ΔH________0(填“大于”“等于”或“小于”)。该历程中最大能垒(活化能)E正＝________eV，写出该步骤的化学方程式______________________________________________________________________________________________________。(4)Shoichi研究了467℃、489℃时水煤气变换中CO和H2分压随时间变化关系(如图所示)，催化剂为氧化铁，实验初始时体系中的和pCO相等、和相等。计算曲线a的反应在30～90min内的平均速率eq\x\to(v)(a)＝________kPa·min－1。467℃时和pCO随时间变化关系的曲线分别是________、________。489℃时和pCO随时间变化关系的曲线分别是________、________。答案(1)大于(2)C(3)小于2.02COOH*＋H*＋H2O*=COOH*＋2H*＋OH*(或H2O*=H*＋OH*)(4)0.0047bcad解析(1)由题给信息①可知，H2(g)＋CoO(s)Co(s)＋H2O(g)(i)K1＝eq\f(cH2O,cH2)＝eq\f(1－0.0250,0.0250)＝39，由题给信息②可知，CO(g)＋CoO(s)Co(s)＋CO2(g)(ii)K2＝eq\f(cCO2,cCO)＝eq\f(1－0.0192,0.0192)≈51.08。相同温度下，平衡常数越大，反应倾向越大，故CO还原氧化钴的倾向大于H2。(2)第(1)问和第(2)问的温度相同，利用盖斯定律，由(ii)－(i)得CO(g)＋mol，容器体积为1L，在721℃下，反应达平衡时H2的物质的量为xmol。CO(g)＋H2O(g)H2(g)＋CO2(g)起始/mol1100转化/molxxxx平衡/mol1－x1－xxxK＝eq\f(x2,1－x2)＝1.31，若K取1，则x＝0.5，φ(H2)＝0.25；若K取4，则x≈0.67，φ(H2)≈0.34。氢气的物质的量分数介于0.25与0.34之间，故选C。(3)观察起始态物质的相对能量与终态物质的相对能量知，终态物质相对能量低于始态物质相对能量，说明该反应是放热反应，ΔH小于0。过渡态物质相对能量与起始态物质相对能量相差越大，活化能越大，由题图知，最大活化能E正＝1.86eV－(－0.16eV)＝2.02eV，该步起始物质为COOH*＋H*＋H2O*，产物为kPa·min－1。水煤气变换中CO是反应物，H2是产物，又该反应是放热反应，升高温度，平衡向左移动，重新达到平衡时，H2的压强减小，CO的压强增大。故a曲线代表489℃时随时间变化关系的曲线，d曲线代表489℃时pCO随时间变化关系的曲线，b曲线代表467℃时随时间变化关系的曲线，c曲线代表467℃时pCO随时间变化关系的曲线。2．(2019·全国卷Ⅱ，27)环戊二烯()是重要的有机化工原料，广泛用于农药、橡胶、塑料等生产。回答下列问题：(1)已知(g)=(g)＋H2(g)ΔH1＝100.3kJ·mol－1①H2(g)＋I2(g)=2HI(g)ΔH2＝－11.0kJ·mol－1②对于反应：(g)＋I2(g)=(g)＋2HI(g)③ΔH3＝________kJ·mol－1。(2)某温度，等物质的量的碘和环戊烯()在刚性容器内发生反应③，起始总压为105Pa，平衡时总压增加了20%，环戊烯的转化率为________，该反应的平衡常数Kp＝________Pa。达到平衡后，欲增加环戊烯的平衡转化率，可采取的措施有________(填标号)。A．通入惰性气体 B．提高温度C．增加环戊烯浓度 D．增加碘浓度(3)环戊二烯容易发生聚合生成二聚体，该反应为可逆反应。不同温度下，溶液中环戊二烯浓度与反应时间的关系如图所示，下列说法正确的是________(填标号)。A．T1>T2B．a点的反应速率小于c点的反应速率C．a点的正反应速率大于b点的逆反应速率D．b点时二聚体的浓度为0.45mol·L－1(4)环戊二烯可用于制备二茂铁[Fe(C5H5)2，结构简式为]，后者广泛应用于航天、化工等领域中。二茂铁的电化学制备原理如图所示，其中电解液为溶解有溴化钠(电解质)和环戊二烯的DMF溶液(DMF为惰性有机溶剂)。该电解池的阳极为________，总反应为__________________________。电解制备需要在无水条件下进行，原因为_______________________________________________。答案(1)89.3(2)40%3.56×104BD(3)CD(4)Fe电极Fe＋2＋H2↑(或Fe＋2C5H6=Fe(C5H5)2＋H2↑)水会阻碍中间物Na的生成；水会电解生成OH－，进一步与Fe2＋反应生成Fe(OH)2解析(1)根据盖斯定律，由反应①＋反应②得反应③，则ΔH3＝ΔH1＋ΔH2＝(100.3－11.0)kJ·mol－1＝89.3kJ·mol－1。(2)设容器中起始加入I2(g)和环戊烯的物质的量均为a，平衡时转化的环戊烯的物质的量为x，列出三段式：(g)＋I2(g)=(g)＋2HI(g)起始：aa00转化：xxx2x平衡：a－xa－xx2x根据平衡时总压强增加了20%，且恒温恒容时，压强之比等于气体物质的量之比，得eq\f(a＋a,a－x＋a－x＋x＋2x)＝eq\f(1,1.2)，解得x＝0.4a，则环戊烯的转化率为eq\f(0.4a,a)×100%＝40%，平衡时(g)、I2(g)、(g)、HI(g)的分压分别为eq\f(p总,4)、eq\f(p总,4)、eq\f(p总,6)、eq\f(p总,3)，则Kp＝eq\f(\f(p总,6)×\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(p总,3)))2,\f(p总,4)×\f(p总,4))＝eq\f(8,27)p总，根据p总＝1.2×105Pa，可得Kp＝eq\f(8,27)×1.2×105Pa≈3.56×104Pa。通入惰性气体，对反应③的平衡无影响，A项不符合题意；反应③为吸热反应，提高温度，平衡正向移动，可提高环戊烯的平衡转化率，B项符合题意；增加环戊烯浓度，能提高I2(g)的平衡转化率，但环戊烯的平衡转化率降低，C项不符合题意；增加I2(g)的浓度，能提高环戊烯的平衡转化率，D项符合题意。(3)由相同时间内，环戊二烯浓度减小量越大，反应速率越快可知，T1<T2，A项错误；影响反应速率的因素有温度和环戊二烯的浓度等，a点时温度较低，但环戊二烯浓度较大，c点时温度较高，但环戊二烯浓度较小，故无法比较a点和c点的反应速率大小，B项错误；a点和b点温度相同，a点时环戊二烯的浓度大于b点时环戊二烯的浓度，即a点的正反应速率大于b点的正反应速率，因为b点时反应未达到平衡，b点的正反应速率大于逆反应速率，故a点的正反应速率大于b点的逆反应速率，C项正确；b点时，环戊二烯的浓度减小0.9mol·L－1，结合生成的二聚体浓度为环戊二烯浓度变化量的eq\f(1,2)，可知二聚体的浓度为0.45mol·L－1，D项正确。(4)结合图示电解原理可知，Fe电极发生氧化反应，为阳极；在阴极上有H2生成，故电解时的总反应为Fe＋2＋H2↑或Fe＋2C5H6=Fe(C5H5)2＋H2↑。结合相关反应可知，电解制备需在无水条件下进行，否则水会阻碍中间产物Na的生成，水电解生成OH－，OH－会进一步与Fe2＋反应生成Fe(OH)2，从而阻碍二茂铁的生成。3．(2019·全国卷Ⅲ，28)近年来，随着聚酯工业的快速发展，氯气的需求量和氯化氢的产出量也随之迅速增长。因此，将氯化氢转化为氯气的技术成为科学研究的热点。回答下列问题：(1)Deacon发明的直接氧化法为：4HCl(g)＋O2(g)=2Cl2(g)＋2H2O(g)。如图为刚性容器中，进料浓度比c(HCl)∶c(O2)分别等于1∶1、4∶1、7∶1时HCl平衡转化率随温度变化的关系：可知反应平衡常数K(300℃)________K(400℃)(填“大于”或“小于”)。设HCl初始浓度为c0，根据进料浓度比c(HCl)∶c(O2)＝1∶1的数据计算K(400℃)＝______(列出计算式)。按化学计量比进料可以保持反应物高转化率，同时降低产物分离的能耗。进料浓度比c(HCl)∶c(O2)过低、过高的不利影响分别是_______________________________________________、________________。(2)Deacon直接氧化法可按下列催化过程进行：CuCl2(s)=CuCl(s)＋eq\f(1,2)Cl2(g)ΔH1＝83kJ·mol－1CuCl(s)＋eq\f(1,2)O2(g)=CuO(s)＋eq\f(1,2)Cl2(g)ΔH2＝－20kJ·mol－1CuO(s)＋2HCl(g)=CuCl2(s)＋H2O(g)ΔH3＝－121kJ·mol－1则4HCl(g)＋O2(g)=2Cl2(g)＋2H2O(g)的ΔH＝________kJ·mol－1。(3)在一定温度的条件下，进一步提高HCl的转化率的方法是________________。(写出2种)(4)在传统的电解氯化氢回收氯气技术的基础上，科学家最近采用碳基电极材料设计了一种新的工艺方案，主要包括电化学过程和化学过程，如图所示：负极区发生的反应有___________________________________________________________________________________________________________________(写反应方程式)。电路中转移1mol电子，需消耗氧气____L(标准状况)。答案(1)大于eq\f(0.422×0.422,1－0.844×1－0.21c0)O2和Cl2分离能耗较高HCl转化率较低(2)－116(3)增加反应体系压强、及时除去产物(4)Fe3＋＋e－=Fe2＋，4Fe2＋＋O2＋4H＋=4Fe3＋＋2H2O5.6解析(1)由题给HCl平衡转化率随温度变化的关系图可知，随温度升高，HCl平衡转化率降低，则此反应为放热反应，温度越高，平衡常数越小，即K(300℃)大于K(400℃)。结合题图可知，c(HCl)∶c(O2)＝1∶1、400℃时HCl的平衡转化率为84%，列出三段式：4HCl(g)＋O2(g)=2Cl2(g)＋2H2O(g)起始c0c000转化0.84c00.21c00.42c00.42c0平衡(1－0.84)c0(1－0.21)c00.42c00.42c0则K(400℃)＝eq\f(c2Cl2·c2H2O,c4HCl·cO2)＝eq\f(0.422×0.422,1－0.844×1－0.21c0)；进料浓度比c(HCl)∶c(O2)过低会使O2和Cl2分离的能耗较高，过高则会造成HCl转化率较低。(2)将已知热化学方程式依次编号为①、②、③，根据盖斯定律，由(①＋②＋③)×2得4HCl(g)＋O2(g)=2Cl2(g)＋2H2O(g)ΔH＝－116kJ·mol－1。(3)题述反应是气体体积减小的反应，增大反应体系压强可使反应正向移动，提高HCl的转化率，及时分离出产物也能提高HCl的转化率。(4)负极区发生还原反应＋＋2H2O，由反应可知电路中转移4mol电子消耗1molO2，则转移1mol电子消耗氧气eq\f(1,4)mol，其在标准状况下的体积为eq\f(1,4)mol×22.4L·mol－1＝5.6L。4．(2018·全国卷Ⅰ，28)采用N2O5为硝化剂是一种新型的绿色硝化技术，在含能材料、医药等工业中得到广泛应用。回答下列问题：(1)1840年Devil用干燥的氯气通过干燥的硝酸银，得到N2O5。该反应的氧化产物是一种气体，其分子式为________。(2)F.Daniels等曾利用测压法在刚性反应器中研究了25℃时N2O5(g)分解反应：2N2O5(g)→4NO2(g)＋O2(g)2N2O4(g)其中NO2二聚为N2O4的反应可以迅速达到平衡。体系的总压强p随时间t的变化如下表所示[t＝∞时，N2O5(g)完全分解]：t/min0408016026013001700∞p/kPa35.840.342.545.949.261.262.363.1①已知：2N2O5(g)=2N2O4(g)＋O2(g)ΔH1＝－4.4kJ·mol－12NO2(g)=N2O4(g)ΔH2＝－55.3kJ·mol－1则反应N2O5(g)=2NO2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)的ΔH＝________kJ·mol－1。②研究表明，N2O5(g)分解的反应速率v＝2×10－3×kPa·min－1。t＝62min时，测得体系中＝2.9kPa，则此时＝__________kPa，v＝________kPa·min－1。③若提高反应温度至35℃，则N2O5(g)完全分解后体系压强p∞(35℃)________63.1kPa(填“大于”“等于”或“小于”)，原因是_____________________________________________________________________________________________________________。④25℃时N2O4(g)2NO2(g)反应的平衡常数Kp＝________kPa(Kp为以分压表示的平衡常数，计算结果保留1位小数)。(3)对于反应2N2O5(g)→4NO2(g)＋O2(g)，提出如下反应历程：第一步N2O5NO2＋NO3快速平衡第二步NO2＋NO3→NO＋NO2＋O2慢反应第三步NO＋NO3→2NO2快反应其中可近似认为第二步反应不影响第一步的平衡。下列表述正确的是______(填标号)。A．v(第一步的逆反应)>v(第二步反应)B．反应的中间产物只有NO3C．第二步中NO2与NO3的碰撞仅部分有效D．第三步反应活化能较高答案(1)O2(2)①53.1②30.06.0×10－2③大于温度提高，体积不变，总压强提高；NO2二聚为放热反应，温度提高，平衡左移，体系气体物质的量增加，总压强提高④13.4(3)AC解析(1)Cl2与AgNO3反应生成N2O5，还应该有AgCl，氧化产物是一种气体，则该气体为O2。(2)①令2N2O5(g)=2N2O4(g)＋O2(g)ΔH1＝－4.4kJ·mol－1a2NO2(g)=N2O4(g)ΔH2＝－55.3kJ·mol－1b根据盖斯定律，a式×eq\f(1,2)－b式可得：N2O5(g)=2NO2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)ΔH＝53.1kJ·mol－1。②由方程式2N2O5(g)=4NO2(g)＋O2(g)可知，62min时，＝2.9kPa，则减小的N2O5为5.8kPa，此时＝35.8kPa－5.8kPa＝30.0kPa，则v(N2O5)＝2×10－3×30.0kPa·min－1＝6.0×10－2kPa·min－1。④时间无限长时N2O5完全分解，故由2N2O5(g)=4NO2(g)＋O2(g)知，此时生成的＝2＝2×35.8kPa＝71.6kPa，＝0.5×35.8kPa＝17.9kPa。由题意知，平衡时体系的总压强为63.1kPa，则平衡体系中NO2、N2O4的压强和为63.1kPa－17.9kPa＝45.2kPa，设N2O4的压强为xkPa，则N2O4(g)2NO2(g)初始压强/kPa071.6转化压强/kPax2x平衡压强/kPax71.6－2x则x＋(71.6－2x)＝45.2，解得x＝26.4,71.6kPa－26.4kPa×2＝18.8kPa，Kp＝eq\f(p2NO2,pN2O4)＝eq\f(18.8kPa2,26.4kPa)≈13.4kPa。(3)第一步反应快速平衡，说明正、逆反应速率很大，极短时间内即可达到平衡，A项正确；第二步反应慢，说明有效碰撞次数少，C项正确；由题给三步反应可知，反应的中间产物有NO3和NO，B项错误；反应快，说明反应的活化能较低，D项错误。5．(2018·全国卷Ⅲ，28)三氯氢硅(SiHCl3)是制备硅烷、多晶硅的重要原料。回答下列问题：(1)SiHCl3在常温常压下为易挥发的无色透明液体，遇潮气时发烟生成(HSiO)2O等，写出该反应的化学方程式____________________________________________________。(2)SiHCl3在催化剂作用下发生反应：2SiHCl3(g)=SiH2Cl2(g)＋SiCl4(g)ΔH1＝48kJ·mol－13SiH2Cl2(g)=SiH4(g)＋2SiHCl3(g)ΔH2＝－30kJ·mol－1则反应4SiHCl3(g)=SiH4(g)＋3SiCl4(g)的ΔH为________kJ·mol－1。(3)对于反应2SiHCl3(g)=SiH2Cl2(g)＋SiCl4(g)，采用大孔弱碱性阴离子交换树脂催化剂，在323K和343K时SiHCl3的转化率随时间变化的结果如图所示。①343K时反应的平衡转化率α＝_______%。平衡常数K343K＝________(保留2位小数)。②在343K下：要提高SiHCl3转化率，可采取的措施是______________；要缩短反应达到平衡的时间，可采取的措施有____________、____________。③比较a、b处反应速率大小：va________vb(填“大于”“小于”或“等于”)。反应速率v＝v正－v逆＝k正－k逆，k正、k逆分别为正、逆向反应速率常数，x为物质的量分数，计算a处的eq\f(v正,v逆)＝____________(保留1位小数)。答案(1)2SiHCl3＋3H2O=(HSiO)2O＋6HCl(2)114(3)①220.02②及时移去产物改进催化剂提高反应物浓度③大于1.3解析(1)SiHCl3遇潮气时发烟生成(HSiO)2O等，结合原子守恒推知SiHCl3与水蒸气反应除生成(HSiO)2O外，还生成HCl，化学方程式为2SiHCl3＋3H2O=(HSiO)2O＋6HCl。(2)将题给两个热化学方程式依次编号为①②，根据盖斯定律，由①×3＋②可得：4SiHCl3(g)=SiH4(g)＋3SiCl4(g)，则有ΔH＝3ΔH1＋ΔH2＝3×48kJ·mol－1＋(－3