2025届高三化学二轮复习 主观题突破练(三) 化学反应原理综合大题

主观题突破练(三) 化学反应原理综合大题 (分值:第9~12题每题15分,共60分　建议用时:第9~12题每题15分钟) 【热点题型】 一、各种反应热的计算 1.CO2转化为C2H4的反应原理为2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g)　ΔH<0。若该反应自发进行,反应适宜条件是　　　　(填“低温”或“高温”)。  2.氢能是极具发展潜力的清洁能源,以氢燃料为代表的燃料电池有良好的应用前景。298 K时,1 g H2燃烧生成H2O(g)放热121 kJ,1 mol H2O(l)蒸发吸热44 kJ,表示H2燃烧热的热化学方程式为 　　　　　　　　　　　　　　　　　。  3.氨基甲酸铵(H2NCOONH4)为尿素生产过程的中间产物,易分解。 已知:Ⅰ.N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH1=-92.4 kJ·mol-1 Ⅱ.C(s)+O2(g)CO2(g) ΔH2=-393.8 kJ·mol-1 Ⅲ.N2(g)+3H2(g)+C(s)+O2(g)H2NCOONH4(s) ΔH3=-645.7 kJ·mol-1 写出H2NCOONH4分解生成NH3与CO2气体的热化学方程式:　　　　　　　　　。  二、利用平衡原理解释问题 4.在密闭容器中充入一定量H2S,发生反应2H2S(g)2H2(g)+S2(g)　ΔH=+169.8 kJ·mol-1。H2S气体的平衡转化率与温度、压强的关系如图所示。 (1)图中压强(p1、p2、p3)的大小顺序为　　　　,理由是　 　　　　　　　　　　　　　　。  (2)该反应平衡常数大小:K(T1)　　　　(填“>”“<”或“=”)K(T2),理由是　 　　　　　　　　　　　　　　　　　。  5.汽车尾气是雾霾形成的原因之一,研究氮氧化物的处理方法可有效减少雾霾的形成,可采用氧化还原法脱硝: 4NO(g)+4NH3(g)+O2(g)4N2(g)+6H2O(g)　ΔH<0 。根据下图判断提高脱硝效率的最佳条件是　　　　　　　　;氨氮比一定时,在400 ℃时,脱硝效率最大,其可能的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  三、各类常数及有关计算 6.对于基元反应,如aA+bBcC+dD,反应速率v正=k正·ca(A)·cb(B),v逆=k逆·cc(C)·cd(D),其中k正、k逆是取决于温度的速率常数。对于基元反应2NO(g)+O2(g)2NO2(g),在653 K时,速率常数k正=2.6×103 L2·mol-2·s-1,k逆=4.1×103 L·mol-1·s-1。 (1)计算653 K时的平衡常数K=　　　　。  (2)653 K时,若NO的浓度为0.006 mol·L-1 ,O2的浓度为0.290 mol·L-1 ,则正反应速率约为　　　　mol·L-1 ·s-1。  7.在温度T下,向容积固定的密闭容器中充入3 mol NO和2 mol H2发生反应2H2(g)+2NO(g)N2(g)+2H2O(g),起始压强为p0,一段时间后,反应达到平衡,此时压强p=0.9p0,则NO的平衡转化率α(NO)=　　　　(结果保留三位有效数字),该反应的平衡常数Kp=　　　　(用含p的代数式表示,Kp为以分压表示的平衡常数,且某气体的分压=总压×该气体的物质的量分数)。  8.Binoist等进行了H2S热分解实验:2H2S(g)2H2(g)+S2(g),开始时,当1 mol H2S与23.75 mol Ar混合,在101 kPa及不同温度下反应达平衡时H2、H2S及S2(g)的体积分数如图所示,该反应在Q点对应温度下的平衡常数Kp=　　　　kPa(Kp为以分压表示的平衡常数,分压=总压×物质的量分数,结果保留小数点后两位)。  【综合训练】 9.(15分)(2024·广东模拟)研究氮氧化物分解的反应机理,对于控制汽车尾气排放、保护环境有重要意义。 Ⅰ.直接催化分解法是消除NOx的主要方法,已知部分NOx催化分解过程如下: ①2N2O(g)2N2(g)+O2(g)　ΔH1 ②2N2O(g)N2(g)+2NO(g)　ΔH2 ③4N2O(g)3N2(g)+2NO2(g)　ΔH3 ④2NO(g)N2(g)+O2(g)　ΔH4 (1)反应2NO2(g)N2(g)+2O2(g)的ΔH=　　　　。  (2)T ℃,在密闭容器中尝试利用表面催化工艺分解NO,用分别表示O2、NO、N2和固体催化剂,则在固体催化剂表面分解NO的反应过程可用图1表示。 已知:NO在固体催化剂表面吸附过程自发发生,且总熵减小。画出从状态A到状态D体系能量的变化曲线图。 (3)T ℃和恒定压强p0 kPa时,在密闭容器中模拟废气中的N2O催化分解过程,各组分的信息如表所示: 物质 N2 N2O O2 CO2 NO NO2 n(投料)/mol 19 34 6.5 25 0 0 n(平衡)/mol 50 1 20 25 x y ①x=　　　　,y=　　　　,该温度下反应①的压强平衡常数Kp=　　　　kPa(分压=总压×物质的量分数)。  ②若先除去废气中的CO2,再在相同条件下模拟实验,发现N2O的平衡转化率明显降低,其原因是 　　　　　　　　　　　　　　　　　。  Ⅱ.用含碳物质消除氮氧化物也是防治污染的有效方法。 (4)活性炭还原法消除氮氧化物污染的反应原理为2C(s)+2NO2(g)N2(g)+2CO2(g)　ΔH5。已知该反应的正、逆反应速率方程分别为v正=k正·p2(NO2)、v逆=k逆·p(N2)·p2(CO2),其中k正、k逆分别为正、逆反应速率常数,其变化曲线如图2所示,则该反应的反应热ΔH5　　　　(填“>”或“<”)0。  10.(15分)(2024·内蒙古模拟)氮氧化物是大气的主要污染物,为防治环境污染,科研人员做了大量研究。 Ⅰ.汽油燃油车上安装三元催化转化器,可以使CO和NO两种尾气反应生成N2,可有效减少汽车尾气污染,反应为2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)　ΔH1。 (1)该反应中的相关物质的标准摩尔生成焓(Δf)(标准摩尔生成焓是指在298.15 K、100 kPa条件下,由稳定态单质生成1 mol化合物时的焓变)如表所示。 物质 N2(g) CO2(g) CO(g) NO(g) Δf/(kJ·mol-1) 0 -393.5 -110.5 90 则ΔH1=　　　　kJ·mol-1。  (2)将CO和NO按物质的量之比1∶1以一定的流速分别通过两种催化剂(Cat-1和Cat-2)进行反应,相同时间内测定逸出气体中NO的含量,从而确定尾气脱氮率(NO的转化率),结果如图1所示。 ①250 ℃下脱氮率较高的催化剂是　　　　(填“Cat-1”或“Cat-2”)。  ②催化剂Cat-2催化条件下,450 ℃后,脱氮率随温度升高而下降的原因是 　　　　　　　　　。  Ⅱ.一定条件下NO2与SO2可发生反应:4SO2(g)+2NO2(g)4SO3(g)+N2(g)　ΔH2<0。 (3)将NO2与SO2按物质的量之比1∶1置于恒温恒容密闭容器中反应。下列能说明反应达到平衡状态的是　　　　(填字母)。  A.体系压强保持不变 B.NO2与SO2的物质的量之比保持不变 C.v消耗(SO2)=v生成(SO3) D.c(SO3)∶c(N2)=4∶1 (4)将一定量的NO2与SO2置于密闭容器中发生反应,在相同时间内测得SO3的物质的量分数与温度的变化曲线如图2所示(虚线为平衡时的曲线)。SO2的平衡转化率与压强、温度及氮硫比m[m=]的关系如图3所示。 ①由图2可知,温度过高或过低均不利于该反应的进行,原因是 　　　　　　　　　。  ②图3中压强:p1　　　　(填“>”“<”或“=”,下同)p2,氮硫比:m1　　　　m2。  ③温度为T K,压强恒定为p1,氮硫比为m2时,反应平衡常数Kp=　　　　　。  11.(15分)(2024·吉林模拟)甲醇用途广泛,可用作溶剂、防冻剂、燃料,也可用于生产生物柴油,利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)可以合成甲醇,涉及的反应如下: 反应ⅰ:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)　ΔH1=-91.5 kJ∙mol-1 反应ⅱ:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH2=-49.9 kJ∙mol-1 反应ⅲ:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH3=+41.6 kJ∙mol-1 (1)在某催化剂作用下,反应ⅰ的反应历程如图1所示(图中数据表示微粒数目以及微粒的相对总能量,*表示吸附在催化剂上): ①CO2的电子式为　　　　　。  ②结合反应历程,写出反应ⅰ中生成甲醇的决速步骤的反应方程式:　　　　　　　　　。  ③m=　　　　　(计算结果保留两位有效数字,已知1 eV=1.6×1kJ)。  (2)反应ⅰ的Arrhenius经验公式Rlnk=-+C(Ea为活化能,k为速率常数,R和C均为常数,T为温度),实验数据如图2中曲线M所示。当改变外界条件时,实验数据如图中曲线N所示,则实验可能改变的外界条件是　　　　　。  (3)将一定量的CO2(g)和H2(g)充入恒容密闭容器中并加入合适的催化剂,只发生反应ⅱ和ⅲ。在相同温度、不同压强下测得CO2的平衡转化率、CH3OH(g)的选择性和CO的选择性随压强变化曲线如图3所示。 ①图中表示CH3OH的选择性的曲线是　　　　　(填“m”“n”或“p”),简述判断方法:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  ②反应体系中组分CO2(g)、CO(g)的浓度随时间变化情况如图4所示。0~15 s时间段内,CH3OH的平均反应速率为　　　　　(保留两位有效数字)mol·L-1·s-1。  12.(15分)(2024·湖南模拟)丙烷的价格低廉且产量大,而丙烯及其衍生物具有较高的经济附加值,因此丙烷脱氢制丙烯具有重要的价值。 已知下列反应的热化学方程式: 直接脱氢 反应①:CH3CH2CH3(g)CH2CHCH3(g)+H2(g)　ΔH1=+123.8 kJ·mol-1 反应②:2H2(g)+O2(g)2H2O(g)　ΔH2=-483.6 kJ·mol-1 回答下列问题: (1)计算O2氧化丙烷脱氢反应③:CH3CH2CH3(g)+O2(g)CH2CHCH3(g)+H2O(g)的ΔH3=　　　　kJ·mol-1。  (2)已知下列键能数据,结合反应①热化学方程式计算,CC的键能是　　　　kJ·mol-1。  化学键 C—C C—H H—H 键能/(kJ·mol-1) 347.7 413.4 436.0 (3)一定温度下,向密闭容器中充入1 mol CH3CH2CH3,发生反应①。 ①若该反应在恒压环境中进行,常通过向体系中通入稀有气体Ar的方式来提高CH3CH2CH3的平衡转化率,原因是 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  ②若该反应在恒容环境中进行,用压强传感器测出容器内体系压强随时间的变化关系如图a所示,计算该温度下反应①的平衡常数Kp=　　　　　kPa(Kp为用平衡时各气体分压代替气体的浓度表示的平衡常数,分压=总压×物质的量分数)。若保持相同反应时间,在不同温度下,丙烯产率如图b所示,丙烯产率在425 ℃之前随温度升高而增大的原因可能是　　　　　　　　　　　　　、　　　　　　　　　　　　　　　　　(不考虑催化剂的影响),随着温度继续升高,丙烷可能分解为其他产物。   (4)研究人员利用V2O5作催化剂,对反应③的机理展开研究。以C3H8和18O2为原料,初期产物中没有检测到18O;以含有C3D8的C3H8(D为H)和O2为原料,反应过程中没有检测到C3H8-nDn(0<n<8)。下列推断合理的是　　　　(填字母)。  A.V2O5先吸附氧气,吸附的氧气直接与吸附的丙烷反应 B.V2O5直接氧化吸附的丙烷,吸附的氧气补充V2O5中反应掉的氧 C.V2O5催化丙烷脱氢过程中,碳氢键的断裂是可逆的 (5)基于电化学原理,我国科学家利用固体氧化物电解池实现高选择性C3H8电化学脱氢制CH2CHCH3,装置如图c所示,则C3H8生成CH2CHCH3的电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  参考答案 1.低温 2.H2(g)+O2(g)H2O(l)　ΔH=-286 kJ·mol-1 3.H2NCOONH4(s)2NH3(g)+CO2(g)　ΔH=+159.5 kJ·mol-1 解析　由盖斯定律可知,反应Ⅰ+Ⅱ-Ⅲ得H2NCOONH4(s)2NH3(g)+CO2(g)　ΔH=ΔH1+ΔH2-ΔH3=+159.5 kJ·mol-1。 4.(1)p1<p2<p3　该反应的正反应是气体分子数增大的反应,其他条件不变时,减小压强,平衡正向移动,H2S的平衡转化率增大,由图像可知,相同温度时,p1条件下H2S的平衡转化率最大,p3条件下H2S的平衡转化率最小 (2)<　该反应的正反应为吸热反应,升高温度,平衡正向移动,平衡常数增大 5.氨氮物质的量之比为1,温度为400 ℃　在400 ℃时催化剂的活性最好,催化效率最高,同时400 ℃温度较高,反应速率较快 6.(1) (2)2.7×10-2 解析　(1)由题意可知,对于基元反应2NO(g)+O2(g)2NO2(g),653 K反应达到平衡时,v正=k正·c2(NO)·c(O2)=v逆=k逆·c2(NO2),该温度下的平衡常数K====。 (2)正反应速率v正=k正·c2(NO)·c(O2),将数据代入,计算得到v正=2.6×103×0.0062×0.290 mol·L-1·s-1≈2.7×10-2 mol·L-1·s-1。 7.33.3%　 解析　根据题意可列出三段式: 　　　　2H2(g)+2NO(g)N2(g)+2H2O(g) 起始量/mol 2 3 0 0 变化量/mol 2x 2x x 2x 平衡量/mol 2-2x 3-2x x 2x 反应达到平衡,此时压强p=0.9p0,则有==0.9,解得x=0.5,故NO的转化率α(NO)=×100%≈33.3%。由分压公式可知,p(H2)=p,p(NO)=p,p(N2)=p,p(H2O)=p,则Kp==。 8.1.01 解析　设S2(g)的生成量为a mol,则有: 　　　2H2S(g)S2(g)+2H2(g) 起始量/mol 1 0 0 变化量/mol 2a a 2a 平衡量/mol 1-2a a 2a Q点:1-2a=2a,解得a=0.25,p(H2S)=×101 kPa=2.02 kPa=p(H2),p(S2)=×101 kPa=1.01 kPa,Kp==1.01 kPa。 9.(每空2分,有标注的除外) Ⅰ.(1)2ΔH1-ΔH3(或2ΔH2+2ΔH4-ΔH3或ΔH1+ΔH2+ΔH4-ΔH3) (2)(3分) (3)①2　2　500p0　②恒压条件下,除去CO2相当于增加其他气体的分压,平衡向压强减小的方向移动,3个反应均逆向移动 Ⅱ.(4)< 解析　Ⅰ.(1)根据盖斯定律,①×2-③或②×2+④×2-③或①+②+④-③可得2NO2(g)N2(g)+2O2(g),则ΔH=2ΔH1-ΔH3或ΔH=2ΔH2+2ΔH4-ΔH3或ΔH=ΔH1+ΔH2+ΔH4-ΔH3。 (2)A→B过程中NO吸附在固体催化剂表面,根据ΔG=ΔH-TΔS,该吸附过程为自发反应,且总熵减小,即ΔG<0,ΔS<0,则ΔH<0,B→C过程NO分子中化学键断裂,是吸热过程,C→D过程、OO形成,释放能量。 (3)①根据氮元素守恒,n(投料)=n(平衡)可列方程式:19×2+34×2=50×2+1×2+x+y,根据氧元素守恒列方程式:34+2×6.5=1+20×2+x+2y,解得x=2,y=2,平衡时总的物质的量为(50+1+20+25+2+2) mol=100 mol,反应①中N2O、N2、O2各气体的物质的量分数分别为、、,由此求出各气体的分压为p(N2O)=p0 kPa、p(N2)=p0 kPa、p(O2)=p0 kPa,则平衡常数Kp==500p0 kPa。②恒压条件下,除去CO2相当于增加其他气体的分压,平衡向压强减小的方向移动,3个反应均逆向移动,所以N2O的平衡转化率明显降低。 Ⅱ.(4)由图可知,随增大,lgk正和lgk逆均减小,即随T的减小,k正和k逆都减小,且k正减小幅度小于k逆,说明降低温度,平衡正向移动,该反应是放热反应。 10.(每空2分,有标注的除外) Ⅰ.(1)-746 (2)①Cat-1(1分)　②超过450 ℃,催化剂活性降低,反应速率减慢,相同时间内脱氮率下降 Ⅱ.(3)AB (4)①温度过低,反应速率较慢;温度过高,该反应的平衡逆向移动　②<　<　 ③ 解析　Ⅰ.(1)2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)　ΔH1=-393.5 kJ·mol-1×2-90 kJ·mol-1×2-(-110.5 kJ·mol-1)×2=-746 kJ·mol-1。 Ⅱ.(3)该反应是气体分子数减少的反应,反应开始至达到平衡过程,体系压强不断减小,则当体系压强保持不变时,反应达到平衡,A项符合题意;将NO2与SO2按物质的量之比1∶1置于恒温恒容密闭容器中反应,反应开始至达到平衡过程,NO2与SO2的物质的量之比一直在变化,则当NO2与SO2的物质的量之比保持不变时,反应达到平衡,B项符合题意;v消耗(SO2)=v生成(SO3),仅体现正反应速率,未体现逆反应速率,不能说明反应达到平衡,C项不符合题意;反应开始生成SO3、N2至达到平衡过程,c(SO3)∶c(N2)=4∶1且保持不变,则c(SO3)∶c(N2)=4∶1不能说明反应达到平衡,D项不符合题意。 (4)①因ΔH2<0,则温度升高,平衡逆向移动,而温度过低,反应速率较慢,所以由图2可知,温度过高或过低均不利于该反应的进行。②该反应是气体分子数减少的反应,温度、氮硫比m相同时,增大压强,平衡正向移动,SO2平衡转化率增大,则p1<p2;温度、压强相同时,增大氮硫比m,相当于增大NO2的浓度,平衡正向移动,SO2平衡转化率增大,则m1<m2。③由图3可知,温度为T K,压强恒定为p1时,SO2平衡转化率为50%,设开始时投入n(SO2)=1 mol,则投入n(NO2)=m2 mol,据此列出三段式: 4SO2(g)+2NO2(g)4SO3(g)+N2(g) 起始量/mol 1 m2 0 0 转化量/mol 0.5 0.25 0.5 0.125 平衡量/mol 0.5 m2-0.25 0.5 0.125 则反应平衡常数Kp= =或。 11.(每空2分,有标注的除外) (1)① 　②CO*(g)+2H2(g)HCO*(g)+H2(g) ③0.95 (2)加入了更高效的催化剂 (3)①m　反应ⅱ是气体体积减小的反应,反应ⅲ是气体体积不变的反应,增大压强时反应ⅱ的平衡正向移动,CO2的平衡转化率增大,甲醇选择性增大,一氧化碳转化率减小,且甲醇选择性和一氧化碳选择性之和为1(3分) ②0.0017 解析　(1)③1个CO分子和2个H2分子的相对总能量与1个CH3OH分子的相对总能量之差为m eV,相对总能量m eV= eV≈0.95 eV,即m≈0.95。 (2)由图2可知,相同时,曲线N的RlnK更大,根据RlnK=-+C可知,曲线N对应反应的活化能Ea更小,催化剂能降低反应的活化能,所以曲线N对应的实验可能改变的外界条件是加入了更高效的催化剂。 (3)②由题干图像信息可知,初始CO2的浓度为0.5 mol·L-1,15 s末CO2的浓度为0.3 mol·L-1,CO的浓度为0.175 mol·L-1,由碳元素守恒可得,15 s末CH3OH的浓度为(0.5-0.3-0.175) mol·L-1=0.025 mol·L-1,故0~15 s时间段内,CH3OH的平均反应速率为v==≈0.0017 mol·L-1·s-1。 12.(每空2分,有标注的除外) (1)-118 (2)614.7 (3)①恒压时通入稀有气体Ar,体积增大,平衡向气体分子数增加的方向移动,即平衡正向移动　②50　温度升高,反应速率增大　升高温度有利于反应向吸热方向进行 (4)B(1分) (5)C3H8+O2--2e-CH2CHCH3+H2O 解析　(1)根据盖斯定律可知,反应③=反应①+×反应②,则ΔH3=ΔH1+ΔH2=(123.8-×483.6) kJ·mol-1=-118 kJ·mol-1。 (2)反应①CH3CH2CH3(g)CH2CHCH3(g)+H2(g)　ΔH1=+123.8 kJ·mol-1,设CC的键能是x kJ·mol-1,可得ΔH1=[2×347.7+8×413.4-(x+347.7+6×413.4+436)] kJ·mol-1=123.8 kJ·mol-1,解得x=614.7。 (3)②由图可知,起始时压强为100 kPa,平衡时压强为150 kPa。设平衡时CH3CH2CH3(g)的消耗量为x mol,列出三段式: CH3CH2CH3(g)CH2CHCH3(g)+H2(g) 起始量/mol 　1 0 0 转化量/mol 　x x x 平衡量/mol 　1-x x x 根据压强之比等于气体物质的量之比得=,解得x=0.5;则平衡时各气体的物质的量均为0.5 mol,总气体的物质的量为1.5 mol,Kp== kPa=50 kPa。 (4)以C3H8和18O2为原料,初期产物中没有检测到18O可知,V2O5直接氧化吸附的丙烷,吸附的氧气补充V2O5中反应掉的氧,导致初期产物中没有检测到18O,以含有C3D8的C3H8和O2为原料,反应过程中没有检测到C3H8-nDn(0<n<8),即碳氢键的断裂不可逆,故选B项。 第 1 页 共 1 页 学科网（北京）股份有限公司 $$