2022届高考新教材化学二轮复习填空题热点考点专练考点五　化学反应原理综合应用

考点五化学反应原理综合应用1．（1）CO2的综合治理有助于减缓温室效应。已知下列热化学方程式：ⅰ.2CO2（g）＋6H2（g）eq\o(,\s\up7(催化剂),\s\do5(△))CH3OCH3（g）＋3H2O（g）ΔH1＝－122.6kJ·mol－1ⅱ.CH3OCH3（g）＋H2O（g）eq\o(,\s\up7(催化剂),\s\do5(△))2CH3OH（g）ΔH2＝＋23.4kJ·mol－1ⅲ.CO2（g）＋3H2（g）eq\o(,\s\up7(催化剂),\s\do5(△))CH3OH（g）＋H2O（g）ΔH3ⅳ.CH4（g）＋H2O（g）eq\o(,\s\up7(催化剂),\s\do5(△))CO（g）＋3H2（g）ΔH4＝＋206.4kJ·mol－1ⅴ.CO（g）＋H2O（g）eq\o(,\s\up7(催化剂),\s\do5(△))CO2（g）＋H2（g）ΔH5＝－41kJ·mol－1①ΔH3＝。②我国科学研究工作者研究了在Cu—ZnO—ZrO2催化剂条件下ⅲ的反应机理，反应机理如图1所示。下列说法正确的是（填字母）。A．增大体系中CO2的投入量有利于提高CO2的转化率B．活性*H是合成甲醇的必要中间体C．使用催化剂可以降低反应的活化能及反应热③一定条件下，向某密闭容器中eq\f(c（CO2）,c（H2）))＝eq\f(1,3)投料，发生反应ⅲ，反应达到平衡时，容器中H2的平衡转化率与压强、温度的关系如图2所示，则温度T1、T2、T3由大到小的顺序为。④向催化剂Cu—ZnO—ZrO2中加入Mn助剂能够提高二甲醚（CH3OCH3）的产率，通过研究Mn%值对反应的影响，得到数据如表：Mn%CO2的转化率/%选择性产率CH3OCH3CH3OHCOCH3OCH3028.955.112.932.015.90．530.356.013.330.717.0133.457.512.629.919.2228.950.112.837.114.5由上表数据可知，为获得更多二甲醚，合适的Mn%值为。（2）将等物质的量的CH4（g）和H2O（g）加入恒温恒容密闭容器（压强为100kPa）中，发生反应ⅳ和ⅴ，容器内气体的压强随时间的变化关系如表所示。时间/min060120180240300360压强/kPa100118132144154162162300min时，体系（填“处于”或“不处于”）平衡状态。反应ⅳ前180min内平均反应速率v（CH4）＝kPa·min－1（保留小数点后2位，下同），300min时，测得氢气分压[p（H2）]为105kPa，Kp为用气体分压表示的平衡常数，分压－总压×物质的量分数，则反应v的平衡常数Kp＝。2．研究NOx、COx的消除对改善生态环境、构建生态文明具有重要的意义。Ⅰ.汽油燃油车上安装三元催化转化器，可有效降低汽车尾气污染。（1）在标准压强和指定温度下，由元素最稳定的单质生成1mol化合物时的反应热称为该化合物的标准摩尔生成焓。已知CO（g）、CO2（g）、NO（g）的标准摩尔生成焓分别为－110.5kJ·mol－1、－393.5kJ·mol－1、＋90.25kJ·mol－1。CO和N2两种尾气在催化剂作用下反应生成N2的热化学方程式是。（2）研究CO和NO反应，测得在某温度下一定体积的密闭容器中，NO和CO浓度随时间变化如表：时间（s）浓度（10－3mol·L－1）0246c（NO）1.000.250.100.10c（CO）3.602.852.702.70前4s内的速率v（NO）＝。（3）实验测得，v正＝k正·c2（NO）·c2（CO），v逆＝k逆·c（N2）·c2（CO2）（k正、k逆为速率常数）。在一定温度下，向2L的密闭容器中充入NO和CO气体各1mol，NO的转化率为40%时达到化学平衡，则eq\f(k正,k逆)＝（保留两位小数）。Ⅱ.工业上，常采用氧化还原方法处理尾气中的CO。沥青混凝土可作为反应2CO（g）＋O2（g）⇌2CO2（g）的催化剂。图中表示在相同的恒容密闭容器、相同起始浓度、相同反应时间段下，使用同质量的不同沥青混凝土（α型、β型）催化时，CO的转化率与温度的关系。（4）在a、b、c、d四点中，未达到平衡状态的是（填序号）。（5）下列关于图示的说法正确的是（填序号）。A．e点转化率出现突变的原因可能是温度升高后催化剂失去活性B．b点时CO与O2分子之间发生有效碰撞的几率在整个实验过程中最高C．在均未达到平衡状态时，同温下β型沥青混凝土中CO转化速率比α型的要大D．CO转化反应的平衡常数Ka≤Kc3．二甲醚（CH3OCH3）是优良的洁净燃料，利用CO2催化加氢制二甲醚过程中发生的化学反应为：反应Ⅰ：CO2（g）＋H2O（g）⇌CO（g）＋H2O（g）ΔH1>0反应Ⅱ：CO2（g）＋3H2（g）⇌CH3OH（g）＋H2O（g）ΔH2<0反应Ⅲ：2CH3OH（g）⇌CH3OCH3（g）＋H2O（g）ΔH3<0回答下列问题：（1）甲醇水化制H2的反应能量变化如下图所示，则ΔH2＝kJ·mol－1（用含有a、b、c的式子表示）。（2）在一定条件下，在恒容密闭容器中按eq\f(n\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(H2)),n\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(CO2)))＝3投料进行上述反应，CO2的平衡转化率及CO、CH3OCH3、CH3OH的平衡体积分数随温度变化如下图所示。①图中曲线X表示的平衡体积分数随温度变化，温度从453K上升至573K，CO2的平衡转化率变化的原因是，能同时提高CH3OCH3的平衡体积分数和CO2的平衡转化率的措施是。②一定温度下，向体积为1L的恒容密闭容器中通入1molCO2和3molH2进行上述反应，反应经10min达平衡，CO2的平衡转化率为30%，容器中CO（g）为0.05mol，CH3OH（g）为0.05mol。前10minCH3OCH3（g）的反应速率为，反应Ⅲ的平衡常数Kc＝。继续向容器中加入0.1molCH3OH（g）和0.1molH2O（g），此时反应Ⅲ（填“向正反应方向进行”“向逆反应方向进行”或“处于平衡状态”）。4．合成氨技术的创立开辟了人工固氮的重要途径，解决了亿万人口生存问题，回答下列问题：（1）科学家研究利用铁触媒催化合成氨的反应历程如图所示，其中吸附在催化剂表面的物种用“ad”表示。由图可知合成氨反应N2（g）＋3H2（g）⇌2NH3（g）的ΔH＝kJ·mol－1。该历程中速率最快的一步的活化能（E）为kJ·mol－1。（2）工业合成氨反应为：N2（g）＋3H2（g）⇌2NH3（g），当进料体积比V（N2）∶V（H2）＝1∶3时，平衡气体中NH3的物质的量分数随温度和压强变化的关系如图所示：①500℃时，反应的平衡常数Kp（100MPa）Kp（30MPa）。（填“＜”“＝”或“＞”）②500℃、30MPa时，氢气的平衡转化率为（保留3位有效数字），Kp＝（MPa）－2（列出计算式）。[Kp为平衡分压代替平衡浓度计算求得的平衡常数（分压＝总压×物质的量分数）]（3）科学家利用电解法在常温常压下合成氨，工作时阴极区的微观示意图如图，其中电解液为溶解有三氟甲磺酸锂和乙醇的惰性有机溶剂。①阴极区生成NH3的电极反应式为。②下列说法正确的是（填标号）。A．该装置用金（Au）作催化剂，目的是降低N2的键能B．三氟甲磺酸锂的作用是增强导电性C．选择性透过膜可允许N2和NH3通过，防止H2O进入装置考点五化学反应原理综合应用1．解析：（1）①根据盖斯定律，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))，则ΔH3＝eq\f(1,2)×（－122.6kJ·mol－1＋23.4kJ·mol－1）＝－49.6kJ·mol－1；②据图中信息，活性*H参与了*HCOO－＋*H→*H3CO－＋H2O过程，该步骤是合成甲醇的中间步骤之一，因此活性*H是合成甲醇的必要中间体，B项正确；③该反应的正反应为放热反应，其他条件不变时，升高温度平衡逆向移动，H2的平衡转化率逐渐降低，故T3>T2>T1；④应选择合适的Mn%值使CH3OCH3的选择性和产率越高，而CO2转化率又不会过低，由表中数据可知Mn助剂占1%时，效果相对较好；（2）300min后压强保持不变，300min时，体系处于平衡状态；设CH4的压强变化量为x，根据题意得：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；将等物质的量的CH4（g）和H2O（g）加入恒温恒容密闭容器（压强为100kPa）中，则CH4（g）和H2O（g）的起始压强均为50kPa，设反应ⅳ中CH4的压强变化量为x，反应中CO压强的变化量为y，根据题意得：CH4（g）＋H2O（g）⇌CO（g）＋3H2（g）起始（kPa）505000变化（kPa）xxx3x终止（kPa）50－x50－xx3xCO（g）＋H2O（g）⇌CO2（g）＋H2（g）起始（kPa）x50－x03x变化（kPa）yyyy终止（kPa）x－y50－x－yy3x＋y根据300min时，氢气分压peq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(H2))为105kPa，总压强为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))，则300min时，H2O、CO、H2、CO2的压强分别为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）处于0.129.472．解析：（1）由标准摩尔生成焓定义可知：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由盖斯定律可得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N2两种尾气在催化剂作用下反应生成N2的热化学方程式为2NO（g）＋2CO（g）⇌N2（g）＋2CO2（g）ΔH＝－746.5kJ·mol－1；（2）前4s内NO的浓度变化量为（1.00mol·L－1－0.10mol·L－1）×10－3＝9.00×10－4mol·L－1，则前4s内的速率v（NO）＝eq\f(9.00×10－4mol·L－1,4s)＝2.25×10－4mol·L－1·s－1；（3）由题意有三段式2NO＋2CO⇌N2＋2CO2开始（mol·L－1）0.50.500变化（mol·L－1）0.20.20.10.2平衡（mol·L－1）0.30.30.10.2，平衡时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（保留两位小数）；（4）β型曲线，b点前反应未平衡，反应正向进行，CO转化率随温度升高而增大，b点达到平衡，b点之后升高温度，平衡逆向移动，CO的转化率减小；α型曲线，c点前反应未平衡，反应正向进行，CO转化率随温度升高增大，c点达到平衡，c点之后升高温度，平衡逆向移动，CO的转化率减小；因此在a、b、c、d四点中，未达到平衡状态的是a点；（5）催化剂在一定温度范围内才有活性，e点转化率出现突变，可能的原因是温度太高，催化剂失去活性，A正确；其他条件相同时，温度越高，活化分子百分数越大，有效碰撞几率越大，因此b点时CO与O2分子之间发生有效碰撞的几率不是最高，B错误；结合（4）可知在曲线的顶点之前反应未达到平衡，由图可知在均未达到平衡状态时，同温下β型沥青混凝土中CO转化率比α型的要大，因未平衡，则相同时间内CO转化速率β型比α型的大，C正确；平衡常数K只与温度有关，温度不同，K不同，结合（4）可知温度升高，平衡逆向移动，K减小，则Ka>Kc，D错误。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）由图示可得该过程的总反应为：CH3OH（g）＋H2O（g）⇌CO2（g）＋3H2（g），对应焓变ΔH＝（c＋a－b）kJ·mol－1，反应Ⅱ为该反应的逆反应，故ΔH2＝－ΔH＝（b－a－c）kJ·mol－1，故此处填：b－a－c；（2）①随着温度的升高，反应Ⅲ平衡逆向移动，故CH3OCH3平衡体积分数减小，对应曲线X，故此处填：CH3OCH3（或二甲醚）；CO2的平衡转化率与反应Ⅰ、Ⅱ有关，且温度升高，两个反应平衡移动方向不一致，在不同温度范围内，两个反应程度不同，故CO2的平衡转化率表现不一致，故此处填：453K到553K，主要发生反应Ⅱ，反应Ⅱ正反应放热，温度升高CO2的平衡转化率下降，553K到573K，主要发生反应Ⅰ，反应Ⅰ正反应吸热，温度升高CO2的平衡转化率升高；提高二甲醚的体积分数和CO2平衡转化率，可采用增大压强的措施，因为增大压强，反应Ⅱ、Ⅲ平衡均正向移动，故此处填：增大压强；②由题意知，转化的CO2物质的量n（CO2）＝1mol×30%＝0.3mol，平衡时CO物质的量为0.05mol，说明通过反应Ⅰ转化的CO2为0.05mol，则通过反应Ⅱ转化的CO2为0.25mol，故反应Ⅱ生成CH3OH为0.25mol，又平衡时CH3OH为0.05mol，说明有0.2molCH3OH通过反应Ⅲ转化为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综上所述，平衡时n（CH3OH）＝0.05mol，n（CH3OCH3）＝0.1mol，n（H2O）＝（0.05＋0.25＋0.1）mol＝0.4mol，前10minCH3OCH3的反应速率＝eq\f(\f(0.1mol,1L),10min)＝0.01mol·L－1·min－1；反应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，此时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，故平衡向正反应方向移动，故此处填：向正反应方向进行。答案：（1）（b－a－c）（2）①二甲醚453K到553K，主要发生反应Ⅱ，反应Ⅱ正反应放热，温度升高CO2的平衡转化率下降；553K到573K，主要发生反应Ⅰ，反应Ⅰ正反应吸热，温度升高CO2的平衡转化率升高增大压强②0.01mol·L－1·min－116向正反应方向进行4．解析：（1）由图可知，合成氨反应N2（g）＋3H2（g）⇌2NH3（g