2025版高三化学二轮复习天天增分练 大题分类练3　化学反应原理

大题分类练3化学反应原理授课提示：天天增分特训59页(分值：62分)1．(16分)Ⅰ.习近平总书记在十九届中共中央政治局第三十六次集中学习时强调，实现“碳达峰”“碳中和”是贯彻新发展理念、构建新发展格局、推动高质量发展的内在要求。因此，二氧化碳的合理利用成为研究热点。(1)以CO2和NH3为原料合成尿素是利用CO2的成功范例。在尿素合成塔中的主要反应可表示如下。反应ⅰ：2NH3(g)＋CO2(g)=NH2COONH4(s)ΔH1＝－159.5kJ·mol－1反应ⅱ：NH2COONH4(s)=CO(NH2)2(s)＋H2O(g)ΔH2＝＋72.5kJ·mol－1反应ⅲ：2NH3(g)＋CO2(g)=CO(NH2)2(s)＋H2O(g)ΔH3反应ⅲ的ΔH3＝________kJ·mol－1，据此判断该反应在________(填“低温”“高温”或“任意温度”)条件下能自发进行。(2)用H2还原CO2可以合成CH3OH：CO2(g)＋3H2(g)⇌CH3OH(g)＋H2O(g)。恒压下，CO2和H2的起始物质的量之比为1∶3时，该反应在无分子筛膜时甲醇的平衡产率和有分子筛膜(能选择性分离出H2O)时甲醇的产率随温度的变化如图所示。P点甲醇产率高于T点的原因为__________________________________________________________。(3)CO2的再利用技术是促进可持续发展的措施之一，南开大学化学学院陈军院士课题组成功研制出新型的Na­CO2电池，如图是一种Na­CO2二次电池，其中钠和负载碳纳米管的镍网分别作为电极材料，电池放电产物为Na2CO___________________________________。Ⅱ.我国自主知识产权的首套煤基乙醇工业化项目的生产过程：先用煤制得乙酸甲酯，再将乙酸甲酯转化为乙醇。乙酸甲酯转化为乙醇涉及反应原理如下。主反应：CH3COOCH3(g)＋2H2(g)⇌C2H5OH(g)＋CH3OH(g)ΔH1＝－23.61kJ·mol－1。副反应：CH3COOCH3(g)＋C2H5OH(g)⇌CH3COOC2H5(g)＋CH3OH(g)ΔH2＝＋0.99kJ·mol－1。在催化剂作用下的反应历程如下(*表示吸附态)。化学吸附：H2→2H*。表面反应：CH3COOCH3＋4H*→CH3CH2OH*＋CH3OH*。化学脱附：CH3CH2OH*→CH3CH2OHCH3OH*→CH3OH。已知：化学吸附的活化能大，决定主反应的反应速率。(4)在1L恒容密闭容器中充入1mol乙酸甲酯(g)，乙酸甲酯(g)的平衡转化率与温度和氢酯比(x)[x＝nH①x1、x2、x3的大小关系为________________________________________________。②250℃、x1＝10，C2H5OH的选择性为60%，则主反应的平衡常数为________(保留两位有效数字)。[乙醇选择性＝n最终转化为乙醇的(5)其他条件相同，反应经过相同时间，乙酸甲酯(g)的转化率与乙醇的选择性随氢酯比的变化如图所示。氢酯比(x)在2～9之间，乙醇的选择性逐渐增大的原因为______________________________________________________________________。答案：(1)－87.0低温(2)分子筛膜能不断分离出H2O(g)，有利于反应正向进行(3)3CO(4)①x3>x2>x1②0.066(5)氢气的化学吸附是决速步，增大氢气浓度可加快整体化学反应速率，且副反应的速率增大幅度小于主反应2．(14分)二氧化碳、甲烷等是主要的温室气体。研发二氧化碳和甲烷的利用技术对治理生态环境具有重要意义。已知：常压下，一些物质的燃烧热如表所示。物质CH4(g)H2(g)CO(g)ΔH/(kJ·mol－1)－890.3－285.8－283.0回答下列问题。(1)在催化剂作用下，甲烷的催化重整是制备合成气的重要方法，写出CH4(g)与CO2(g)反应生成CO(g)和H2(g)的热化学方程式：___________________________________。(2)在恒温恒容密闭容器中，通入一定量的CH4、CO2发生催化重整反应。①下列能说明该反应达到化学平衡状态的是________(填标号)。A．混合气体的平均相对分子质量不再变化B．v正(CH4)＝2v逆(CO)C．CO与H2浓度的比值不再变化D．容器内混合气体的密度不再变化②当投料比nCH4nCO2＝1.0时，CO2的平衡转化率(α)与温度(T)、初始压强(p)的关系如图所示。由图可知：压强p1________(填“＞”“＜”或“＝”)2MPa；当温度为T3K、初始压强为2MPa时，a点的v逆________(填“＞”“＜”或“＝”)v正。起始时向1L恒容容器中加入2molCH4和2molCO2，在温度为T6K、初始压强为2MPa条件下反应，用压强表示该反应的平衡常数Kp(3)我国科学家对甲烷和水蒸气催化重整反应机理也进行了广泛研究，通常认为该反应分两步进行。第一步：CH4催化裂解生成H2和碳(或碳氢物种)，其中碳(或碳氢物种)吸附在催化剂上，如CH4→Cads/[C(H)n]ads＋(2－n2)H2；第二步：碳(或碳氢物种)和H2O反应生成CO2和H2，如Cads/[C(H)n]ads＋2H2O→CO2＋(2＋n2)H判断过程________(填标号)加入了催化剂，原因是________________________________。控制整个过程②反应速率的是第Ⅱ步，其原因为__________________________。答案：(1)CH4(g)＋CO2(g)=2CO(g)＋2H2(g)ΔH＝＋247.3kJ·mol－1(2)①A②＜＞4(3)②催化剂降低了活化能第Ⅱ步的活化能大，反应速率慢3．(16分)油、气发动机会产生CO和氮氧化物等污染气体，研究污染气体对环境的影响和减少污染气体的排放是重要的课题。回答下列问题。(1)研究表明污染气体能破坏臭氧层。已知：2NO2(g)⇌2NO(g)＋O2(g)ΔH1＝＋115.2kJ·mol－12O3(g)⇌3O2(g)ΔH2＝－286.6kJ·mol－1①写出1molO3与1molNO作用产生NO2和O2的热化学方程式_______________________________________________。②恒容密闭体系中发生①的反应，在相同时间，NO氧化率随nO3n________________________________________________________________________。(2)实验测得反应2NO(g)＋O2(g)⇌2NO2(g)ΔH<0的瞬时反应速率满足以下关系式：v正＝k正·c2(NO)·c(O2)；v逆＝k逆·c2(NO2)，k正、k逆为速率常数，受温度影响。①温度为T1时，在1L的恒容密闭容器中，投入0.6molNO和0.3molO2，达到平衡时O2为0.2mol；当温度为T2且该反应达到平衡时，存在k正＝k逆，则T1________(填“大于”“小于”或“等于”)T2。②研究发现该反应按如下步骤进行：第一步：NO＋NOk1正,k1逆N2O2快速平衡第二步：N2O2＋O2K1其中可近似认为第二步反应不影响第一步的平衡，第一步反应中：v1正＝k1正×c2(NO)；v1逆＝k1逆×c(N2O2)。下列叙述正确的是________。A．同一温度下，平衡时第一步反应的k1正/k1逆越大反应正向程度越大B．第二步反应速率低，因而转化率也低C．第二步的活化能比第一步的活化能低D．整个反应的速率由第二步反应速率决定(3)目前燃油汽车的排气管内部装有三元催化器，尾气中反应物或生成物浓度随温度变化如图乙、图丙所示。①请选择使用三元催化剂的最佳温度________，并说明理由____________________。②为探究温度对催化剂催化效果的影响，将固定比例NO、CO混合气体，以一定流速发生2NO(g)＋2CO(g)⇌2CO2(g)＋N2(g)ΔH1＝－751kJ·mol－1，通过三元催化剂排气管，相同时间内测量尾气中NO的含量，得到脱氮率随温度变化如图所示，已知图中BC段为平衡状态，且平衡脱氮率为m－n×10－4T2，100℃≤T≤1000℃，m、n为常数。下列说法错误的是________。A．平衡脱氮率m－n×10－4T2表达式中：m＝0.69，n＝2.5×10－3B．CD段处于平衡状态，因该反应正向放热，升温平衡逆向移动，故脱氮率降低C．D点平衡脱氮率为44%D．BA段因温度下降，催化剂活性降低，故平衡脱氮率下降答案：(1)①NO(g)＋O3(g)⇌NO2(g)＋O2(g)ΔH＝−200.9kJ·mol−1②随nO3nNO值增大，相当于NO浓度不变，加大O3的浓度，有利于平衡NO(g)＋O3(g)(2)①小于②AD(3)①425℃左右此时反应物CO和NO浓度较低，副产物N2O浓度很低，CO2和N2浓度较高。(或425℃左右时，以主反应生成CO2和N2为主，抑制了副反应N2O的生成)②BD4．(16分)气候变化是目前全球最重要、最紧迫的议题之一，CO2的综合利用是解决该问题的有效途径。(1)可利用CH4与CO2制备“合成气(CO、H2)”，还可制备甲醇、二甲醚、碳基燃料等产品。甲烷、二氧化碳干式重整涉及以下反应：ΔfHmθ为标准摩尔生成焓，其定义为标准状态下，由稳定相态的单质生成1mol该物质的焓变。对于稳定相态单质，其ΔfHm(2)利用“合成气”合成甲醇后，甲醇脱水制得二甲醚的反应为2CH3OH(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)，当T＝500K时，反应平衡常数Kc≈9，该温度下，在密闭容器中加入一定量CH3OH，反应到达平衡状态时，体系中CH3OCH3(g)的物质的量分数________(填标号)。A．<13B．＝13C．>(3)以CO2为原料合成甲醇可以减少CO2的排放，实现碳的循环利用。一种铜基催化剂对该反应有良好的催化效果。①有学者提出CO2转化成甲醇的催化机理如图甲所示，反应的副产物有________。②一定条件下使CO2、H2混合气体通过反应器，检测反应器出口气体的成分及其含量，计算CO2的转化率和CH3OH的选择性以评价催化剂的性能。已知：反应器内发生的反应有a．CO2(g)＋3H2(g)⇌CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH＝－49.5kJ·mol－1b．CO2(g)＋H2(g)⇌CO(g)＋H2O(g)ΔH＝＋41.2kJ·mol－1CH3OH选择性＝nCH3Ⅰ.220℃时，测得反应器出口气体中全部含碳物质的物质的量之比为n(CH3OH)∶n(CO2)∶n(CO)＝1∶7.20∶0.11，则该温度下CO2转化率＝_________×100%(列出计算式，不必化简)。Ⅱ.其他条件相同时，反应温度对CO2的转化率和CH3OH的选择性的影响如图乙、图丙所示：温度高于260℃时，CO2平衡转化率变化的原因是____________________。由图丙可知，温度相同时CH3OH选择性的实验值略高于其平衡值，从化学反应速率的角度解释原因：____________________________________________________________。(4)工业上也可以用电解法捕获CO2，以太阳能电池为电源，在酸性水溶液中用惰性电极电解制得乙烯，则生成乙烯的电极反应为______________________________。解析：(1)根据标准摩尔生成焓的定义，反应ⅰ的反应热ΔH1＝2×(－110.5kJ·mol－1)＋2×0－[(－74.8kJ·mol－1)＋(－393.5kJ·mol－1)]＝＋247.3kJ·mol－1。(2)设CH3OH初始物质的量浓度为2amol·L－1，CH3OH的平衡转化率为α。2CH3OH(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)起始/(mol·L－1)2a00转化/(mol·L－1)2aαaαaα平衡/(mol·L－1)2a(1－α)aαaαKc＝cCH3OCH3·cH2Oc2CH3OH＝aα×aα2a1−