2025版高考化学二轮复习课件 大题突破练(3) 化学反应原理综合题

大题突破练(三)化学反应原理综合题1234561.(2024·广东大亚湾区1月联合模拟)某课题组研究CO2加氢制甲醇。涉及的主要反应有:反应Ⅰ:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)

ΔH1=-48.3kJ·mol-1反应Ⅱ:CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)

ΔH2=+41.2kJ·mol-1反应Ⅲ:CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g)ΔH3=-154.8kJ·mol-1反应Ⅳ:CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)

ΔH4回答下列有关问题:(1)反应Ⅳ的ΔH4=

。

(2)下列有关说法正确的是

。

A.增压时,CO的物质的量分数一定增大B.当甲醇的分压不再改变时,体系达到平衡C.在恒容密闭容器中充入Ar,反应Ⅲ速率不变D.升温时,反应Ⅱ逆反应速率加快的程度大于正反应速率123456-89.5kJ·mol-1BC123456(3)研究发现,在3MPa条件下,当起始n(CO2)∶n(H2)=1∶3,平衡时CO2的转化率、含碳产物的选择性(转化的CO2中生成CH3OH、CH4或CO的百分比,如甲醇的选择性=×100%)与温度关系如图所示。①随着温度升高,甲醇选择性降低而CO2的转化率却升高的原因可能是

。②在T温度下,若CH4的选择性为10%,计算此温度下反应Ⅱ的平衡常数K=

。生成甲醇的反应均为放热反应,升温时平衡逆向移动,甲醇选择性降低;反应Ⅱ是吸热反应,升温平衡正向移动,且反应Ⅱ占主导作用0.198123456(4)一种在铜基催化剂上CO2加氢制甲醇的机理如图所示,其中吸附在铜基催化剂表面上的物种用“*”标注。①基态铜原子的价电子排布式为

。

②决速步的反应方程式为

。

(5)写出甲醇在生产或生活中的一种应用

。

3d104s1

CH3O*+OH*+2H*══CH3OH*+H2O*作燃料(或溶剂或制甲醛等)123456解析:(1)根据盖斯定律可知反应Ⅰ-反应Ⅱ=反应Ⅳ,ΔH4=ΔH1-ΔH2=-48.3

kJ·mol-1-(+41.2

kJ·mol-1)=-89.5

kJ·mol-1。(2)反应Ⅱ是等体积变化的反应,反应Ⅳ是气体体积减小的反应,增压时反应Ⅳ的平衡正向移动,CO的物质的量分数减小,A错误;反应达到平衡时,各物质的浓度、含量均不变,则甲醇的分压不再改变时其浓度不变,体系达到平衡状态,B正确;在恒容密闭容器中充入Ar时,反应物、生成物的浓度均不变,则反应速率不变化,C正确;反应Ⅱ是吸热反应,升高温度时平衡正向移动,即升温时反应Ⅱ逆反应速率加快的程度小于正反应速率,D错误。123456(3)②设起始时n(CO2)=1

mol、n(H2)=3

mol,由图可知,T温度平衡时CO2的转化率为60%、CH3OH的选择性为60%,CH4的选择性为10%,则CO的选择性为1-60%-10%=30%,平衡体系中CO2的物质的量为0.4

mol,n(CH3OH)=1

mol×60%×60%=0.36

mol,n(CH4)=0.06

mol,n(CO)=0.18

mol,根据H、O原子守恒可得:2n'(H2)+2n(H2O)+0.36

mol×4+0.06

mol×4=6

mol,

n(H2O)+0.8

mol+0.36

mol+0.18

mol=2

mol,解得n'(H2)=1.5

mol,n(H2O)=0.66

mol,此温度下反应Ⅱ的平衡常数123456(4)①Cu的原子序数为29,基态铜原子核外电子排布式为[Ar]3d104s1,其价电子排布式为3d104s1。②反应的能垒或活化能越高,反应速率越慢,该步反应的反应速率决定整个反应的反应速率,是决速步,由图可知,过渡态5的能垒最高,该步反应为CH3O*+OH*+2H*══CH3OH*+H2O*。(5)甲醇具有可燃性,是良好的有机溶剂,是重要的化工原料等,可用作燃料、溶剂、制备甲醛等。1234562.(2024·山东泰安三模)我国高度重视双碳工作实施和目标实现,致力研发二氧化碳综合利用的措施和途径。已知:Ⅰ.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)

ΔH1Ⅱ.CO2(g)+H2(g)

CO(g)+H2O(g)

ΔH2=+41.2kJ·mol-1Ⅲ.相关化学键的键能数据如表所示。化学键C=OH—HC—HC—OO—H键能/(kJ·mol-1)803.0436.0413.4351462.8回答下列问题:(1)一氧化碳与氢气合成甲醇气的热化学方程式为

。CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

ΔH=-106.8kJ·mol-1123456解析:由键能数据计算得,ΔH1=[803.0×2+436.0×3-(413.4×3+351+462.8+462.8×2)]

kJ·mol-1=-65.6

kJ·mol-1,反应Ⅰ-反应Ⅱ得目标反应CO(g)+2H2(g)

CH3OH(g)

ΔH=-106.8

kJ·mol-1。123456(2)研究表明,反应Ⅱ在催化剂上的反应机理如下。其中各物种吸附在催化剂表面活性位的原子用*标注,如*CO表示CO中C原子吸附在催化剂表面。ⅰ.CO2(g)+H2(g)+H2O(g)═CO2(g)+H2(g)+H2O*;ⅱ.CO2(g)+H2(g)+H2O*═*COOH+2H*+HO*;ⅲ.*COOH+2H*+HO*═COOH+H*+H2O*;ⅳ.*COOH+H*+H2O*═*CO+H2O*+H*+H2O(g);ⅴ.*CO+*OH+H*+H2O(g)═*CO+H2O*+H2O(g);ⅵ.*CO+H2O*+H2O(g)═CO(g)+2H2O(g)。①H2O的作用为生成物和

。

②该历程中,脱附和吸附的能量很低,速率控制步骤(即速率最慢步骤)为步骤

(填序号),理由是

。

催化剂

ⅱ步骤ⅱ和步骤ⅳ中存在断键过程,且步骤ⅱ中断键需要的能量更大

123456解析:①由反应机理可知,部分H2O作总反应生成物,部分水参加反应后被生成,作催化剂。②步骤ⅱ断裂H2O中O—H、CO2中C=O和H2中H—H,并形成COOH中C—O,步骤ⅳ断裂COOH中C—O,步骤ⅱ中断键需要的能量更多,则速率控制步骤为步骤ⅱ。123456(3)向10L恒容密闭容器中充入1molCO2和3molH2发生反应Ⅰ和反应Ⅱ,测得实验体系中CO2的平衡物质的量分数与温度和压强的关系如图所示。①p1、p2、p3由大到小的顺序为

,推断的依据为

。②若M点对应条件下,容器中CH3OH(g)的物质的量分数为12.5%,则该条件下H2的平衡转化率为

,反应Ⅰ的平衡常数K=

L2·mol-2(列出计算式)。

③M、N两点对应状态下反应Ⅱ的平衡常数Kp(M)

(填“>”“<”或“=”)Kp(N)。

p3>p2>p1反应Ⅰ为气体分子数减小的反应,反应Ⅱ为气体分子数不变的反应,温度较低时主要发生反应Ⅰ,增大压强,CO2的平衡物质的量分数减小44%<123456解析:①反应Ⅰ为气体分子数减小的反应,反应Ⅱ为气体分子数不变的反应,温度较低时主要发生反应Ⅰ,增大压强,CO2的平衡物质的量分数减小。③反应Ⅱ为吸热反应,平衡常数只与温度有关,M、N两点对应状态下反应Ⅱ的平衡常数Kp(M)<Kp(N)。1234563.(2024·湖北七市二模)为了实现“碳达峰”和“碳中和”的目标,将CO2转化成可利用的化学能源的“负碳”技术是世界各国关注的焦点。回答下列问题:方法Ⅰ:CO2催化加氢制甲醇。以CO2、H2为原料合成CH3OH涉及的反应如下:反应ⅰ:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)

ΔH1=-49.0kJ·mol-1反应ⅱ:CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)

ΔH2=+41.0kJ·mol-1反应ⅲ:CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)

ΔH3(1)计算反应ⅲ的ΔH3=

kJ·mol-1。

-90.0123456(2)一定温度和催化剂条件下,在密闭恒容容器中按照投料n(CO2)∶n(H2)∶n(N2)=1∶3∶1发生反应(N2不参与反应),平衡时CO2的转化率、CH3OH和CO的选择性[如CH3OH的选择性=×100%]随温度的变化曲线如图所示。①图中曲线a表示物质

(填“CO2”“CH3OH”或“CO”)的变化。

②上述反应体系在一定条件下建立平衡后,下列说法正确的有

(填字母)。

A.升高温度,反应ⅰ逆向移动,所以正反应速率减小B.向容器中再通入少量N2,CO2的平衡转化率下降C.移去部分H2O(g),反应ⅲ平衡一定不移动D.选择合适的催化剂能提高CH3OH的选择性CO

D123456③保持温度不变,在恒容反应器中,初始总压为5pkPa,只发生反应ⅰ和ⅱ,达到平衡时CO2的转化率为80%,CO的选择性为25%,则H2的转化率为

,反应ⅱ的压强平衡常数Kp=

(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。

方法Ⅱ:催化加氢制甲酸。(3)科研工作者通过开发新型催化剂,利用太阳能电池将工业排放的CO2转化为HCOOH。已知CO2(g)+H2(g)HCOOH(g)

ΔH=-31.4kJ·mol-1。温度为T1

℃达到平衡时,化学平衡常数K=1.8。实验测得:v正=k正c(CO2)·c(H2),v逆=k逆c(HCOOH),k正、k逆为速率常数。T1

℃时,k正=

k逆;若温度为T2

℃达到平衡时,k正=1.9k逆,则T2

(填“>”“<”或“=”)T1。

0.81.8

<123456解析:(1)根据盖斯定律,ⅰ-ⅱ=ⅲ,所以ΔH3=ΔH1-ΔH2=-49.0

kJ·mol-1-(+41.0

kJ·mol-1)=-90.0

kJ·mol-1。(2)①反应ⅱ为吸热反应,升高温度平衡正向移动,CO的选择性提高,反应中CO2的转化率升高,CO的选择性为曲线a;反应ⅰ为放热反应,升高温度平衡逆向移动,CH3OH的选择性降低,反应中CO2的转化率降低,CH3OH的选择性为曲线c;两反应综合效应,CO2的转化率为曲线b。②升高温度,所有反应的正逆反应速率均升高,A项错误;在恒容容器中充入N2,反应体系中各物质的浓度不会发生改变,反应速率不变,平衡不移动,CO2转化率不变,B项错误;移去部分H2O(g),反应ⅰ、ⅱ均正向移动,导致CH3OH和CO增加,浓度商可能发生变化,反应ⅲ平衡可能发生移动,C项错误;催化剂具有专一性,所以选择合适的催化剂能提高CH3OH的选择性,D项正确。123456③投料n(CO2)∶n(H2)∶n(N2)=1∶3∶1,假设初始物质的量分别为1

mol、3

mol、1

mol,因为发生反应ⅰ和ⅱ,达到平衡时CO2的转化率为80%,CO的选择性为25%,所以共反应掉CO2的物质的量为0.8

mol,生成CO物质的量为0.8

mol×25%=0.2

mol,根据C守恒,生成CH3OH物质的量为0.6

mol。列三段式:

CO2(g)+

3H2(g)CH3OH(g)

+

H2O(g)起始/mol

1

3

0

0转化/mol

0.6

1.8

0.6

0.6平衡/mol

0.2

1

0.6

0.8

CO2(g)+

H2(g)CO(g)+

H2O(g)起始/mol

1

3

0

0转化/mol

0.2

0.2

0.2

0.2平衡/mol

0.2

1

0.2

0.81234561234561234564.(2024·吉林白山二模)氨是重要的化工原料,也是潜在的储氢材料。回答下列问题:(1)氨的沸点为-33.35℃,易液化,工业上常用作制冷剂,其易液化的主要原因是

。

(2)在液氨中制备B2(NH)3的反应如下:①BCl3(s)+6NH3(l)══B(NH2)3(s)+3NH4Cl(s)

ΔH1;②2B(NH2)3(s)══B2(NH)3(s)+3NH3(l)

ΔH2;③2BCl3(s)+9NH3(l)══B2(NH)3(s)+6NH4Cl(s)

ΔH3。上述反应中,ΔH1、ΔH2、ΔH3之间等式关系为

。

N的电负性较大,NH3分子间形成氢键

ΔH3=2ΔH1+ΔH2123456(3)氨分解制备氢气,反应历程如图所示。

①N2(g)的键能为

kJ·mol-1。

②写出NH3分解总反应的热化学方程式:

。

9462NH3(g)N2(g)+3H2(g)

ΔH=+90kJ·mol-1123456(4)化学上,把反应物消耗一半所用时间叫作“半衰期”。在恒容密闭容器中充入适量钨和0.8molNH3,实验测得在钨表面氨气分解反应半衰期与温度(T)、起始压强(p)的关系如图所示。T1

(填“>”“<”或“=”)T2。T2温度下,反应进行到tmin时容器内反应体系总压强为

kPa。

<150123456(5)一定温度下,向1L恒容密闭容器中充入1molN2和nmolH2合成氨气。NH3的平衡体积分数与投料比η[η=]关系如图所示。①在a、b、c点中,N2的平衡转化率最大的是

(填字母)。

②若b点对应体系中,NH3体积分数为,则该温度下,平衡常数K为

L2·mol-2(只列计算式)。

c

123456解析:(2)由盖斯定律可知③=2×①+②,故ΔH3=2ΔH1+ΔH2。(3)①2N(g)══N2(g)

ΔH=-(518-45)×2

kJ·mol-1=-946

kJ·mol-1,故N2的键能为946

kJ·mol-1。(4)起始投入反应物的量相等,T1温度下半衰期大于T2,说明T1<T2;在恒温恒容条件下,气体压强之比=物质的量之比,对于恒温恒容密闭容器,气体总物质的量与压强成正比。初始NH3为0.8

mol,反应0.4

mol时气体总物质的量为1.2

mol,对应的压强为p,有0.8

mol∶1.2

mol=100

kPa∶p,解得p=150

kPa。123456(5)①投料比越大,N2平衡转化率越大,故c点转化率最大;②按化学计量数投料时氨平衡体积分数最大,故b点时n=3,设氮气转化量为x

mol,则

N2(g)+3H2(g)2NH3(g)起始量/mol

1

3

0变化量/mol

x

3x

2x平衡量/mol

1-x

3-3x

2x5612345.(2023·湖北卷节选)纳米碗C40H10是一种奇特的碗状共轭体系。高温条件下,C40H10可以由C40H20分子经过连续5步氢抽提和闭环脱氢反应生成。C40H20(g)

C40H18(g)+H2(g)的反应机理和能量变化如下:561234回答下列问题:(1)图示历程包含

个基元反应,其中速率最慢的是第

个。

(2)C40H10纳米碗中五元环和六元环结构的数目分别为

、

。

33610561234(3)1200K时,假定体系内只有反应C40H12(g)C40H10(g)+H2(g)发生,反应过程中压强恒定为p0(即C40H12的初始压强),平衡转化率为α,该反应的平衡常数Kp为

(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。

(4)H19(g)C40H18(g)+H·(g)及H11(g)

C40H10(g)+H·(g)反应的lnK(K为平衡常数)随温度倒数的关系如图所示。已知本实验条件下,lnK=-+c(R为理想气体常数,c为截距)。图中两条线几乎平行,从结构的角度分析其原因是两个反应的化学键变化相似,使得ΔH数值相近,lnK的斜率取决于ΔH,所以两条线几乎平行

。

(5)下列措施既能提高反应物的平衡转化率,又能增大生成C40H10的反应速率的是

(填字母)。

a.升高温度b.增大压强c.加入催化剂561234a561234解析:(1)基元反应是指在反应中一步直接转化为产物的反应,从图上看包含3个基元反应,其中第3步活化能最大,故该步反应速率最慢。(2)C40H20中有10个六元环、1个五元环。从C40H20→C40H18,形成一个五元环,从C40H20→C40H10需经过连续5步氢抽提和闭环脱氢反应,故新形成5个五元环。故C40H10中有6个五元环、10个六元环。561234(3)起始C40H12为整体1,平衡转化率为α,则:

C40H12(g)C40H10(g)+H2(g)起始:

1

0

0转化:

α

α

α平衡:

1-α

α

α561234(4)因两个反应的化学键变化相似,使得ΔH数值相近,ln

K的斜率取决于ΔH,所以两条线几乎平行。(5)该反应是吸热反应,升高温度既可以增大反应速率,又能提高平衡转化率,a符合题意;该反应是气体分子数增大的反应,增大压强可以增大反应速率,而平衡转化率减小,b错误;加入催化剂可以增大反应速率,但不影响平衡转化率,c错误。5612346.(2024·辽宁沈阳一模)2023杭州亚运会火炬塔燃料首次使用新型燃料——绿色零增碳甲醇,用实际行动向世界展示了我国对碳中和的决心和成果,具体流程如图。561234

物质H2(g)CO2(g)H2O(g)CH3OH(g)/(kJ·mol-1)0-394-242-201吸热

-49561234(3)探究影响CH3OH合成反应化学平衡的因素,有利于提高CH3OH的产率。CO2的平衡转化率X和CH3OH的选择性S随温度、压强变化如图。CH3OH的选择性=×100%,则下列说法正确的是

(填字母)。

A.p1>p2B.恒温密闭体系中,加压时副反应平衡不移动C.300~350℃曲线变化的原因可能是此时以发生副反应为主D.加入选择性更好的催化剂,可以提高甲醇的平衡产率E.300℃时,当体系中混合气体的平均摩尔质量不再改变,则该体系达到平衡状态ACE561234(4)在T

℃下,恒压反应器中,按初始投料n(CO2)∶n(H2)=1∶1发生反应:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g),初始总压为2MPa,反应平衡后,H2的平衡转化率为60%,则该反应的平衡常数Kp=

(MPa)-2(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。

0.5561234(5)一种基于铜基金属簇催化剂电催化还原CO2制备甲醇的装置如图所示。控制其他条件相同,将一定量的CO2通入该电催化装置中,阴极所得产物及其物质的量与电压的关系如图所示。①b电极生成CH3OH的电极反应式为

。

②控制电压为0.8V,电解时转移电子的物质的量为

mol。

CO2+6e-+6H+===CH3OH+H2O2.8561234解析:(1)整个过程只消耗太阳能,H2O和CO2仅充当能量的媒介且可实现完美循环,这是典型的人工光合过程,光合过程中太阳能转化为化学能(或CH3OH+O2→CO2+H2O为放热反应),则过程H2O+CO2→CH3OH+O2为吸热反应。(2)CO2(g)+3H2(g)