2025届高三高考化学二轮复习 专题训练 化学反应原理大题(二)

2025高考化学二轮复习 微专题限时训练 专题七　化学反应速率　化学平衡 化学反应原理大题(二) （时间：40min 总分：100分） 真题演练 1.(16分)(2024·北京，16)HNO3是一种重要的工业原料。可采用不同的氮源制备HNO3。 (1)方法一：早期以硝石(含NaNO3)为氮源制备HNO3，反应的化学方程式为：H2SO4(浓)+NaNO3===NaHSO4+HNO3↑。该反应利用了浓硫酸的性质是酸性和　　　　　。  (2)方法二：以NH3为氮源催化氧化制备HNO3，反应原理分三步进行。 ①第Ⅰ步反应的化学方程式为　　　　。  ②针对第Ⅱ步反应进行研究：在容积可变的密闭容器中，充入2n mol NO和n mol O2进行反应。在不同压强下(p1、p2)，反应达到平衡时，测得NO转化率随温度的变化如图1所示。解释y点的容器容积小于x点的容器容积的原因：　　　　　　　　。  (3)方法三：研究表明可以用电解法以N2为氮源直接制备HNO3，其原理示意图如图2。 ①电极a表面生成的电极反应式：　　　　　　　　。  ②研究发现：N2转化可能的途径为N2NO。电极a表面还发生ⅲ.H2O→O2。ⅲ的存在，有利于途径ⅱ，原因是　　　　　　　　　。  (4)人工固氮是高能耗的过程，结合N2分子结构解释原因　　　　　　　　。  方法三为N2的直接利用提供了一种新的思路。 2.(16分)(2024·甘肃，17)SiHCl3是制备半导体材料硅的重要原料，可由不同途径制备。 (1)由SiCl4制备SiHCl3： SiCl4(g)+H2(g)===SiHCl3(g)+HCl(g)　ΔH1=+74.22 kJ·mol-1(298 K) 已知SiHCl3(g)+H2(g)===Si(s)+3HCl(g)　ΔH2=+219.29 kJ·mol-1(298 K) 298 K时，由SiCl4(g)+2H2(g)===Si(s)+4HCl(g)制备56 g硅　　　　(填“吸”或“放”)热　　　　 kJ。升高温度有利于制备硅的原因是　　　　　　　　。  (2)在催化剂作用下由粗硅制备SiHCl3：3SiCl4(g)+2H2(g)+Si(s)4SiHCl3(g)。773 K，2 L密闭容器中，经不同方式处理的粗硅和催化剂混合物与0.4 mol H2和0.1 mol SiCl4气体反应，SiCl4转化率随时间的变化如下图所示： ①0~50 min，经方式　　　　处理后的反应速率最快；在此期间，经方式丙处理后的平均反应速率v(SiHCl3)=　　　　 mol·L-1·min-1。  ②当反应达平衡时，H2的浓度为　　　　 mol·L-1，平衡常数K的计算式为　　　　。  ③增大容器体积，反应平衡向　　　　移动。  模拟预测 1.(16分)(2024·湖南邵阳三模)丙烯是一种重要的化工原料，但丙烯的产量仅通过石油的催化裂解反应无法满足工业生产需求。工业上，有如下方法制备丙烯： Ⅰ.丙烷脱氢法制丙烯： ①丙烷无氧脱氢法：C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)　ΔH1=+124 kJ·mol-1 ②丙烷氧化脱氢法：2C3H8(g)+O2(g)2C3H6(g)+2H2O(g)　ΔH2=-236 kJ·mol-1 (1)反应②的正反应活化能　　　　(填“>”或“<”)逆反应活化能。  (2)不同压强下，向密闭容器中充入C3H8气体发生反应①，丙烷平衡转化率随温度变化关系如图所示。在T1、p2条件下，若向密闭容器中充入C3H8和Ar的混合气体，则平衡时丙烷转化率　　　　(填“>”“=”或“<”)40%。  (3)如图为采用羰基催化剂催化氧化丙烷：2C3H8(g)+O2(g)2C3H6(g)+2H2O(g)　ΔH2=-236 kJ·mol-1的机理，下列说法正确的是　　　　(填字母)。  A.该机理中，有σ键、π键的断裂与形成 B.若有18O2参与反应，最终18O存在于羰基催化剂和H2O中 C.若2 mol C3H8和1 mol O2充分反应，则可制得2 mol C3H6 D.为了提高反应的速率和反应物转化率，温度越高越好 (4)丙烯是一种燃料，以熔融碳酸盐(用MCO3表示)为电解质，丙烯-空气燃料电池的负极的电极反应式为　　　　。 Ⅱ.丁烯和乙烯的催化反应制丙烯： 主反应：C4H8(g)+C2H4(g)2C3H6(g)　ΔH1>0 副反应：2C4H8(g)C3H6(g)+C5H10(g)　ΔH2>0 (5)乙烯的电子式为　　　　。  (6)某温度下，保持体系总压强为1.0 MPa，按=2投料，达到平衡状态时，C4H8、C2H4的转化率分别为92%、30%，则平衡时=　　　　；主反应的压强平衡常数Kp=　　　　(结果保留一位小数)。  2.(18分)大气污染物包括H2S和SO2等，H2S和SO2的转化对资源利用和环境保护有重要意义。回答下列问题。 (1)在FeOOH催化下，H2S与CO2反应可以制备粮食熏蒸剂羰基硫(COS)：H2S(g)+CO2(g)COS(g)+H2O(l)　ΔH。 在25 ℃、101 kPa下由指定单质(大多是最稳定单质)生成1 mol某物质的反应焓变，称为该物质的标准摩尔生成焓(Δf)。相关物质的标准摩尔生成焓如表所示。 物质 H2S(g) CO2(g) COS(g) H2O(l) Δf/(kJ·mol-1) -20.6 -393.5 -14.3 -285.8 ΔH=　　　　　kJ·mol-1。  (2)T ℃下，将1.8 mol H2和1.2 mol SO2充入2 L恒容密闭容器中发生反应：2H2(g)+SO2(g)S(l)+2H2O(g)，反应体系中气体的总压强随时间的变化关系如图1所示。 ①0~15 min内，该反应的平均反应速率v(H2)=　　　　　mol·L-1·min-1。  ②SO2的平衡转化率为　　　　　　　。  ③T ℃下，该反应的平衡常数Kp=　　　　　Pa-1(用各物质的平衡分压表示平衡常数，分压=总压×物质的量分数，列出计算式即可)。  (3)高温下CO可将SO2还原为S2：4CO(g)+2SO2(g)4CO2(g)+S2(g)　ΔH<0。平衡时CO的体积分数与温度和压强的变化关系如图2所示(虚线框表示没有测定该条件下的数据)。 ①T1、T2、T3由大到小的关系是　　　　　，判断的理由是　　　　　　　　　　。  ②该反应的正、逆反应速率方程分别为v正=k正·c4(CO)·c2(SO2)、v逆=k逆·c4(CO2)·c(S2)(k正、k逆分别为正、逆反应的速率常数，只与温度有关)。阿伦尼乌斯提出了反应速率常数与温度之间关系的经验公式：k=A[k为反应速率常数，A为比例系数，e为自然对数的底，R为理想气体常数，T为热力学温度，Ea为反应活化能]。在相同温度下，反应活化能越大，反应速率常数越　　　　　(填“大”或“小”)。当该反应达到平衡后，升高温度，　　　　　(填“增大”“减小”或“不变”)。  3.(16分)还原CO2是实现“碳达峰、碳中和”的有效途径之一，相关的反应如下： 反应Ⅰ：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH1 反应Ⅱ：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH2 反应Ⅲ：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)　ΔH3 反应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的平衡常数与温度变化关系如图所示。 (1)有利于提高CO2合成CH3OH选择性的条件是　　　　(填字母，下同)。  A.高温、高压 B.高温、低压 C.低温、高压 D.低温、低压 (2)的取值范围是　　　　。  A.<-1 B.-1~0 C.0~1 D.>1 (3)一定条件下，向体积为5 L的恒温密闭容器中加入1 mol CO2和3 mol H2发生上述反应，平衡时，容器中H2的浓度为0.25 mol·L-1，CH3OH的浓度为0.1 mol·L-1，此时CO2的浓度为　　　　mol·L-1，反应Ⅰ的平衡常数为　　　　(结果保留一位小数)。  (4)H2还原能力(S)可衡量CO2转化率，已知S=，即相同时间段内CO2与H2物质的量变化量之比。常压下H2和CO2按物质的量之比3∶1投料，反应相同时间，H2和CO2转化率如图所示。 ①在400~1 000 ℃范围内，S的变化趋势是　　　　(填字母)。  A.一直增大 B.一直减小 C.先增大后减小 D.先减小后增大 ②由图像可知，H2转化率在600 ℃时大于400 ℃，其原因是　　　　　　　　　　　　。  ③温度较低时，两条曲线重合的原因是　　　　　　　　　。  4.(18分)(2024·华大新高考联盟联考)合成氨工艺是人工化肥的生产支柱，是人类生存发展的“食”之基础。回答下列问题： Ⅰ.化学键键能如表 化学键 N≡N H—H N—H 键能/(kJ·mol-1) 946 436 390.8 (1)估算N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的ΔH=　　　　 kJ·mol-1。已知该反应的ΔS=-198.9 J·mol-1·K-1，理论上该反应在温度为298 K下　　　 (填“能”或“不能”)自发进行。  Ⅱ.科学家结合实验与计算机模拟结果，研究了合成氨的反应历程，如图所示，其中吸附在催化剂表面的物种用*表示，TS表示过渡态。 (2)图示历程包含　　　　个基元反应。发生N—N断裂的反应方程式为　　　　　　　。  (3)H—H断裂应该吸收热量，但+3H2===+6H*反应的ΔH<0，主要原因为　　　　　　　。  (4)在实际工业生产中，合成氨一般采用的温度为400~500 ℃，主要原因为　　　　　　　。  (5)温度为500 ℃、压强为20 MPa、原料气n(N2)∶n(H2)=1∶3时，发生反应：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)，反应平衡时，氨气的体积分数为20%，则氮气的转化率约为　　　　%(计算结果保留三位有效数字)。该条件下，pθ=100 kPa，N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的标准平衡常数Kθ为　　　 (用最简分数形式表示)。[已知：分压=总压×该组分物质的量分数，对于反应dD(g)+eE(g)gG(g)+hH(g)，Kθ=，其中pθ=100 kPa，pG、pH、pD、pE为各组分的平衡分压]。  答案解析 真题演练 1.(1)难挥发性　 (2)①4NH3+5O24NO+6H2O　②2NO+O22NO2，该反应正向气体分子总数减小，同温时，p1条件下NO转化率高于p2，故p1>p2，x、y点转化率相同，此时压强对容积的影响大于温度对容积的影响　(3)①N2+6H2O-10e-2N+12H+　②反应ⅲ生成O2，O2将NO氧化成NO2，NO2更易转化成　(4)N2中存在氮氮三键，键能高，断键时需要较大的能量，故人工固氮是高能耗的过程 解析　(1)浓硫酸难挥发，产物HNO3为气体，有利于复分解反应进行，体现了浓硫酸的难挥发性和酸性。(2)②2NO+O22NO2，该反应正向气体分子总数减小，温度相同时，增大压强，平衡正向移动，NO转化率增大，由图可知，p1条件下NO转化率高于p2，故p1>p2，根据V=nR，x、y点转化率相同，则n相同，此时压强对容积的影响大于温度对容积的影响，故y点的容器容积小于x点的容器容积。(3)①电极a上N2→，氮元素化合价升高，发生氧化反应，电极a为阳极，电极反应式为N2+6H2O-10e-2N+12H+。 2.(1)吸　587.02　该反应为吸热反应，升高温度，反应正向移动，有利于制备硅　(2) ①甲　5.6×10-5　②0.195 2 　③逆反应方向 解析　(1)①SiCl4(g)+H2(g)SiHCl3(g)+HCl(g)　ΔH1=+74.22 kJ·mol-1，②SiHCl3(g)+H2(g)Si(s)+3HCl(g)　ΔH2=+219.29 kJ·mol-1，由①+②得SiCl4(g)+2H2(g)Si(s)+4HCl(g)，根据盖斯定律可知，该反应的ΔH=ΔH1+ΔH2=+74.22 kJ·mol-1+219.29 kJ·mol-1=+293.51 kJ·mol-1，则制备56 g Si需要吸收的热量为293.51 kJ·mol-1×=587.02 kJ；该反应为吸热反应，升高温度，平衡正向移动，有利于制备硅。(2)①由图像可知，0~50 min，经方式甲处理后的反应速率最快；经方式丙处理后，50 min时SiCl4的转化率为4.2%，生成SiHCl3的物质的量为0.1 mol×4.2%×=0.005 6 mol，v(SiHCl3)==5.6×10-5 mol·L-1·min-1。②反应达到平衡时，SiCl4的转化率为14.6%，列出三段式为 　　　　　　　　　　3SiCl4(g)+2H2(g)+Si(s)4SiHCl3(g) 起始/(mol·L-1) 0.05 0.2 0 转化/(mol·L-1) 0.007 3 0.004 8 0.009 7 平衡/(mol·L-1) 0.042 7 0.195 2 0.009 7 当反应达平衡时，H2的浓度为0.195 2 mol·L-1，平衡常数K的计算式为。③增大容器体积，压强减小，平衡向气体体积增大的方向移动，即平衡向逆反应方向移动。 模拟预测 1. (1)<　(2)>　(3)A (4)CH2==CH—CH3-18e-+9C===12CO2+3H2O (5)　(6)8.5　16.5 解析　(1)反应②的ΔH2=-236 kJ·mol-1=-<0，则<。 (2)不同压强下，向密闭容器中充入C3H8气体发生反应①，在T1、p2条件下，丙烷的平衡转化率为40%，若在此温度和压强不变的条件下，向密闭容器中充入C3H8和Ar的混合气体，容器的体积增大，相当于减小压强，反应①是气体体积增大的反应，平衡正向移动，丙烷的平衡转化率增大，平衡时丙烷转化率>40%。 (3)该机理中，存在单键、双键的断裂与形成，即有σ键、π键的断裂与形成，A正确；O2参与反应④和⑤，若有18O2参与反应，最终18O存在于H2O中，B错误；该反应是可逆反应，若2 mol C3H8和1 mol O2充分反应，制得的C3H6小于2 mol，C错误；该反应是放热反应，升高温度不能提高反应物转化率，D错误。 (4)熔融碳酸盐为电解质，丙烯在负极失去电子生成CO2，根据得失电子守恒和电荷守恒配平电极方程式：CH2==CH—CH3-18e-+9===12CO2+3H2O。 (6)假设起始投入乙烯和丁烯的物质的量分别为2 mol、1 mol，根据已知条件列出“三段式” 　　　　　C4H8(g)+C2H4(g)2C3H6(g) 起始/mol　　　1　　　2　　　　　0 转化/mol　　　x　　　x　　　　　2x 平衡/mol　　　1-x　　2-x　　　　2x 　　　　　　2C4H8(g)C3H6(g)+C5H10(g) 起始/mol　　　1-x　　　　2x　　　0 转化/mol　　　2y　　　　　y　　　y 平衡/mol　　1-x-2y　　　　2x+y　　y 达到平衡状态时，C4H8、C2H4的转化率分别为92%、30%，则=92%，=30%，解得x=0.6，y=0.16，则平衡时==8.5，反应平衡时，各物质的物质的量分别为n(C4H8)=0.08 mol、n(C2H4)=1.4 mol、n(C3H6)=1.36 mol、n(C5H10)=0.16 mol，则主反应的压强平衡常数Kp=≈16.5。 2.(1)+114　(2)①0.05　②62.5% ③　(3)①T3>T2>T1 该反应为反应前后气体分子数减小的放热反应，增大压强，平衡正向移动，CO的体积分数减小；升高温度，平衡逆向移动，CO的体积分数增大　②小　增大 解析　(1)反应的焓变可由生成物的总标准摩尔生成焓减去反应物的总标准摩尔生成焓得到，即H2S(g)+CO2(g)COS(g)+H2O(l)的ΔH=[-14.3 kJ·mol-1+(-285.8 kJ·mol-1)]-[-20.6 kJ·mol-1+(-393.5 kJ·mol-1)]=+114 kJ·mol-1。 (2)①设平衡时SO2的转化量为x mol，列三段式： 　　　　　　　2H2(g)+SO2(g)S(l)+2H2O(g) 起始量/mol 1.8 1.2 0 转化量/mol 2x x 2x 平衡量/mol 1.8-2x 1.2-x 2x 由图1可知，反应体系的起始压强为4p0 Pa，达到平衡时，反应体系压强为3p0 Pa，根据恒温恒容时气体物质的量之比等于压强之比可得=，解得x=0.75，则0~15 min内v(H2)==0.05 mol·L-1·min-1。②SO2的平衡转化率为×100%=62.5%。③由上述分析可知，平衡时，H2、SO2、H2O的物质的量分别为0.3 mol、0.45 mol、1.5 mol，则混合气体的总物质的量为2.25 mol，该反应的平衡常数Kp==Pa-1。(3)②根据该公式可知，在相同温度下，反应活化能Ea越大，速率常数k越小，反应速率越慢。当该反应达到平衡后，v正=v逆，即k正·c4(CO)·c2(SO2)=k逆·c4(CO2)·c(S2)，该反应的平衡常数K==，升高温度，平衡逆向移动，则平衡常数K=减小，故增大。 3.(1)C　(2)C　(3)0.05　19.2　(4)①C　②温度升高，反应速率加快　③温度较低时只发生反应Ⅰ 解析　(1)由图可知，升高温度，反应Ⅰ的平衡常数减小，说明平衡向逆反应方向移动，该反应为气体体积减小的放热反应，降低温度和增大压强有利于平衡向正反应方向移动，提高甲醇的选择性，故选C。 (2)升高温度，反应Ⅱ的平衡常数增大，说明平衡向正反应方向移动，该反应为焓变大于0的吸热反应，由盖斯定律可知，反应Ⅰ-Ⅲ得到反应Ⅱ，则ΔH1-ΔH3>0，由平衡常数与温度变化关系图知，反应Ⅰ、Ⅲ正反应均为放热反应，即ΔH1<0，ΔH3<0，所以0<<1，故选C。 (3)由题意，设平衡时CO2、H2O、CO的浓度分别为x mol·L-1、y mol·L-1、z mol·L-1，投料时n(CO2)=1 mol，n(H2)=3 mol，则n(C)=1 mol，n(O)=2 mol，n(H)=6 mol，根据元素守恒，列方程组 解得x=z=0.05，y=0.15， 则平衡时二氧化碳的浓度为0.05 mol·L-1，反应Ⅰ的平衡常数为=19.2。 (4)①由图可知，400~600 ℃范围内，二氧化碳的转化率增大幅度大于氢气转化率的增大幅度，则S值呈增大趋势，600~1 000 ℃范围内，二氧化碳的转化率增大幅度小于氢气转化率的增大幅度，则S值呈减小趋势，所以400~1 000 ℃范围内，S值的变化趋势为先增大后减小。 4.(1)-90.8　能　(2)7　H3+3H*===2N+2H*(或H3+H*===2) (3)断键后的H吸附在催化剂表面，形成特殊的作用力要释放能量，释放的总能量高于断键吸收的总能量 (4)能够提高反应速率(或催化剂的活性较大) (5)33.3　 解析　(1)ΔH=反应物的总键能-生成物的总键能=(946+436×3-390.8×6) kJ·mol-1=-90.8 kJ·mol-1，ΔG=ΔH-TΔS=[-90.8-298×(-198.9×10-3)] kJ·mol-1=-31.527 8 kJ·mol-1<0，理论上该反应在温度为298 K下能自发进行。 (2)反应历程中有7个过渡态，则基元反应有7个；N—N断裂的过程经历过渡态4(TS4)，其反应方程式为H3+3H*===2+2H*或H3+H*===2。 (4)合成氨是放热反应，理论上低温有利于合成氨，但低温会使反应速率降低，400~500 ℃能够提高反应速率，催化剂(铁触媒)的活性较大。 (5)根据已知条件列出“三段式”： 　　　　　N2(g)+3H2(g)2NH3(g) 起始/mol　　1　　3　　　　0 转化/mol　　x　　3x　　　　2x 平衡/mol　　1-x　　3-3x　　　2x 反应平衡时，氨气的体积分数为=0.2，解得x=，则氮气的转化率约为33.3%。p(NH3)=p(N2)=20 MPa×0.2=4 MPa，p(H2)=20 MPa×0.6=12 MPa，pθ=100 kPa=0.1 MPa，代入公式可得Kθ=。 学科网（北京）股份有限公司 $$