2023高考化学二轮专题复习与测试题型强化练四化学反应原理题解题突破

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题型强化练(四)　化学反应原理题解题突破
1．(2022·湖南卷)2021年我国制氢量位居世界第一，煤的气化是一种重要的制氢途径。回答下列问题：
(1)在一定温度下，向体积固定的密闭容器中加入足量的C(s)和1 mol H2O(g)，起始压强为0.2 Mpa时，发生下列反应生成水煤气：
Ⅰ.C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)　ΔH1＝＋131.4 kJ·mol－1；
Ⅱ.CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　ΔH2＝－41.1 kJ·mol－1。
①下列说法正确的是________(填字母)。
A．平衡时向容器中充入惰性气体，反应Ⅰ的平衡逆向移动
B．混合气体的密度保持不变时，说明反应体系已达到平衡
C．平衡时H2的体积分数可能大于
D．将炭块粉碎，可增大反应速率
②反应平衡时，H2O(g)的转化率为50%，CO的物质的量为0.1 mol。此时，整个体系________(填“吸收”或“放出”)热量________kJ，反应Ⅰ的平衡常数Kp＝________(以分压表示，分压＝总压×物质的量分数)。
(2)一种脱除和利用水煤气中CO2方法的示意图如下：

①某温度下，吸收塔中K2CO3溶液吸收一定量的CO2后，c(CO)∶c(HCO)＝1∶2，则该溶液的pH＝______(该温度下H2CO3的Ka1＝4.6×10－7，Ka2＝5.0×10－11)。
②再生塔中产生CO2的离子方程式为_________________________________________
________________________________________________________________________。
③利用电化学原理，将CO2电催化还原为C2H4，阴极反应式为___________________。
解析：(1)①在恒温恒容条件下，平衡时向容器中充入情性气体不能改变反应混合物的浓度，因此反应Ⅰ的平衡不移动，A说法不正确；在反应中有固体C转化为气体，气体的质量增加，而容器的体积不变，因此气体的密度在反应过程中不断增大，当混合气体的密度保持不变时，说明反应体系已达到平衡，B说法正确；若C(s)和H2O(g)完全反应全部转化为CO2(g)和H2(g)，由C(s)＋2H2O(g)===CO2(g)＋2H2(g)可知，H2的体积分数的极值为，由于可逆反应有一定的限度，反应物不可能全部转化为生成物，因此，平衡时H2的体积分数不可能大于，C说法不正确；将炭块粉碎可以增大其与H2O(g)的接触面积，因此可增大反应速率，D说法正确。故选BD。②反应平衡时，H2O(g)的转化率为50%，则水的变化量为0.5 mol，水的平衡量也是0.5 mol，由于CO的物质的量为0.1 mol，则根据O原子守恒可知CO2的物质的量为0.2 mol，生成0.2 mol CO2时消耗了0.2 mol CO，故在反应Ⅰ实际生成了0.3 mol CO。根据相关反应的热化学方程式可知，生成0.3 mol CO要吸收热量39.42 kJ ，生成0.2 mol CO2要放出热量8.22 kJ。因此整个体系吸收热量39.42 kJ－8.22 kJ＝31.2 kJ；由H原子守恒可知，平衡时H2的物质的量为0.5 mol，CO的物质的量为0.1 mol，CO2的物质的量为0.2 mol，水的物质的量为0.5 mol，则平衡时气体的总物质的量为0.5 mol＋0.1 mol＋0.2 mol＋0.5 mol＝
1.3 mol，在同温同体积条件下，气体的总压之比等于气体的总物质的量之比，则平衡体系的总压为0.2 MPa×1.3＝0.26 MPa，反应Ⅰ[C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)]的平衡常数Kp＝×P总＝×0.26 MPa＝0.02 Mpa。
(2)①某温度下，吸收塔中K2CO3溶液吸收一定量的CO2后，c(CO)∶c(HCO)＝1∶2，由Ka2＝可知，c(H＋)＝×Ka2＝2×5.0×10－11 mol·L－1＝1.0×
10－10 mol·L－1，则该溶液的pH＝10。②再生塔中KHCO3受热分解生成K2CO3、H2O和CO2，该反应的离子方程式为2HCOCO2↑＋CO＋H2O。③利用电化学原理，将CO2电催化还原为C2H4，阴极上发生还原反应，阳极上水放电生成氧气和H＋，H＋通过质子交换膜迁移到阴极区参与反应生成乙烯，铂电极和Ag/AgCl电极均为阴极，在电解过程中AgCl可以转化为Ag，则阴极的电极反应式为2CO2＋12e－＋12H＋===C2H4＋4H2O、AgCl＋e－===
Ag＋Cl－。
答案：(1) ①BD　②吸收　31.2　0.02 MPa
(2)①10　②2HCOCO2↑＋CO＋H2O
③2CO2＋12e－＋12H＋===C2H4＋4H2O、AgCl＋e－===Ag＋Cl－
2．德国化学家哈伯在1918年荣获了诺贝尔化学奖，但是后人对他的评价却褒贬不一。
Ⅰ.有人认为哈伯是一位伟大的科学家，因为他是实现人工合成氨并进行工业生产的第一人。所以赞美他是“用空气制造面包的天使”。
(1)工业上合成氨的方程式：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)　ΔH＝－91.3 kJ·mol－1，下表为破坏1 mol相关化学键需要的能量。

N≡N
N—H
H—H
945.8 kJ
a kJ
435.9 kJ
求a值：________。
(2)在密闭容器中合成氨，下列措施有利于提高H2的转化率且增大反应速率的是________(填字母)。
A．升高反应温度　　　　　　 B．增大反应的压强
C．移走生成的NH3 D．增加H2的量
E．添加合适的催化剂
(3)将0.3 mol N2和0.9 mol H2充入3 L密闭容器中，如图1为在不同温度下，平衡时NH3的体积分数随压强的变化曲线。

甲、乙、丙中温度从高到低的顺序是__________________，d点N2的转化率是__________。(结果保留一位小数)
Ⅱ.有人认为哈伯是一战的“催化剂”，因为在一战中，哈伯担任德国化学兵工厂厂长时负责研制和生产氯气、芥子气等毒气，并使用于战争之中，造成近百万人伤亡。
(4)实验室制备氯气后通常用NaOH溶液进行尾气处理，反应的温度不同产物也会有变化。某温度下发生的反应为Cl2＋NaOH―→NaCl＋NaClO3＋H2O ，生成1 mol NaClO3被氧化的与被还原的Cl2的质量比例__________。
(5)将上述反应后的溶液倒入电解池的阳极区，可以提高NaClO3的含量，装置如图2所示：

电极E是________(填“阳极”或“阴极”)，阳极区发生的反应：_______________。
Ⅲ.其实物质并没有好坏之分，关键是人们用这些物质来做了什么。
(6)请列举Cl2在日常生活中的作用(列举一种)：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：Ⅰ.(1)N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－91.3 kJ·mol－1，焓变＝反应物总键能－生成物总键能，即945.8＋435.9×3－6a＝－91.3，则a＝390.8。
(2)正反应放热，升高反应温度，平衡逆向移动，氢气的转化率减小，故不选A；增大反应的压强，反应速率增大，平衡正向移动，氢气的转化率增大，故选B；移走生成的NH3，反应速率减小，故不选C；增加H2的量，反应速率增大，平衡正向移动，氢气的转化率减小，故不选D；添加合适的催化剂，平衡不移动，氢气的转化率不变，故不选E。故选B。
(3)正反应放热，升高温度，平衡逆向移动，NH3体积分数减小，则甲、乙、丙中温度从高到低的顺序是丙>乙>甲；根据题意列出“三段式”：
N2(g)　＋　3H2(g)2NH3(g)
起始量/mol 0.3 　0.9 　0
转化量/mol x 　3x 　2x
平衡量/mol　0.3－x0.9－3x 　2x
d点NH3的体积分数为40%，＝0.4，x＝0.171，d点N2的转化率是×100%＝57.0%。
Ⅱ.(4)某温度下发生的反应为Cl2＋NaOH―→NaCl＋NaClO3＋H2O，氯元素化合价由0降低为－1、氯元素化合价由0升高为＋5，根据得失电子守恒，被氧化的与被还原的Cl2的质量比例1∶5。(5)装置右侧放出氢气，发生还原反应，电极E是阴极；反应后的溶液倒入电解池的阳极区，可以提高NaClO3的含量，可知氯离子在阳极区被氧化为ClO，发生的反应为6OH－＋Cl－－6e－===ClO＋3H2O。
Ⅲ.(6)Cl2可以制漂白液、消毒液、盐酸、农药等。
答案：Ⅰ.(1)390.8
(2)B
(3)丙，乙，甲　57.0%(或57.1%)
Ⅱ.(4)1∶5
(5)阴极　6OH－＋Cl－－6e－===ClO＋3H2O
Ⅲ.(6)制漂白液、消毒液、盐酸、农药
3．合成气是一种重要的化工原料气，可以合成甲醇、甲酸甲酯、二甲醚等化工产品。甲烷、二氧化碳自热重整制合成气的主要反应有：
Ⅰ.CH4(g)＋2O2(g)―→CO2(g)＋2H2O(g)　ΔH1＝－820.6 kJ·mol－1；
Ⅱ.CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)　ΔH2＝＋247.3 kJ·mol－1；
Ⅲ.CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)
ΔH3＝＋206.1 kJ·mol－1；
Ⅳ.CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)　ΔH4。
回答下列问题：
(1)反应Ⅳ的ΔH4＝________ kJ·mol－1。
(2)一定条件下，向体积为V L的恒容密闭容器中通入2 mol CH4(g)、1 mol CO2(g)、1 mol H2O(g)和适量O2(g)发生上述反应，达到平衡时，容器中CH4(g)为a mol，CO2(g)为b mol，H2O(g)为c mol，此时CO(g)的浓度为________ mol·L－1(用含a、b、c、V的代数式表示，下同)，反应Ⅳ的平衡常数为________。
(3)不同温度下，向体积为V L的含少量O2的密闭容器按照n(CO2)∶n(CH4)＝1∶1投料，实验测得平衡时n(H2)∶n(CO)随温度的变化关系如图1所示：


①压强p1、p2、p3由大到小的顺序为__________，判断的依据是________________
________________________________________________________________________。
②压强为p2时，随着温度升高，n(H2)∶n(CO)先增大后减小。解释温度Tm前后，随着温度升高n(H2)∶n(CO)变化的原因分别是________________________________________
________________________________________________________________________。
③根据图1、图2，为提高CO的选择性可采取的措施为________(填字母)。
A．提高n(O2)∶n(CH4)比例
B．降低n(CO2)∶n(CH4)比例
C．高温、高压
D．低温、低压
解析：(1)根据盖斯定律，反应Ⅳ＝Ⅱ－Ⅲ，则ΔH4＝ΔH2－ΔH3＝＋247.3 kJ·mol－1－206.1 kJ·mol－1＝＋41.2 kJ·mol－1。
(2)通入2 mol CH4(g)、1 mol CO2(g)、1 mol H2O(g)和适量O2(g)，达到平衡时，容器中CH4(g)为a mol，CO2(g)为b mol，H2O(g)为c mol，设H2(g)的物质的量为x mol，CO(g)的物质的量为y mol，由C、H原子守恒可得2×1＋1×1＝a×1＋b×1＋y×1，2×4＋1×2＝a×4＋c×2＋2x，解得x＝5－2a－c，y＝3－a－b，即n(H2)＝(5－2a－c) mol，n(CO)＝(3－a－b) mol，此时c(CO)＝mol·L－1；对于反应Ⅳ平衡时：
CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)
平衡量/mol 　b 5－2a－c3－a－bc
则该反应的平衡常数K＝＝＝。
(3)①由反应可知，反应Ⅱ、Ⅲ是气体分子数目增大的反应，减小压强平衡正向移动，n(H2)增加的程度大于n(CO)，则压强p1、p2、p3由大到小的顺序为p3>p2>p1。②由题图1可知，压强为p2时，随着温度升高，n(H2)∶n(CO)先增大后减小，原因是反应Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ均为吸热反应，升高温度平衡Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ均正向移动，TTm后，升高温度对反应Ⅳ的促进作用更大，n(CO)增加的更多。③根据题图2，提高n(O2)∶n(CH4)比例，可提高CO的选择性，故A项符合题意；根据题图2，降低n(CO2)∶n(CH4)比例，不能提高CO的选择性，故B项不符合题意；根据题图1，升高温度、增大压强时n(H2)∶n(CO)减小，即CO的选择性提高，故C项符合题意；根据C项分析，低温、低压时CO的选择性降低，故D项不符合题意。故选AC。
答案： (1)＋41.2
(2)　
(3)①p3>p2>p1　反应Ⅱ、Ⅲ是气体分子数目增大的反应，减小压强平衡正向移动，n(H2)增加的程度大于n(CO)
②升高温度平衡Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ均正向移动，TTm后，对反应Ⅳ的促进作用更大，n(CO)增加的更多　③AC
4．(2022·太原三模)在“碳达峰、碳中和”的目标引领下，对减少二氧化碳排放的相关技术研究正成为世界各国的前沿发展方向。回答下列问题：
(1)利用CH4CO2干重整反应不仅可以对天然气资源综合利用，还可以缓解温室效应对环境的影响。
①该反应一般认为通过如下步骤来实现：
Ⅰ.CH4(g)===C(ads)＋2H2(g)；
Ⅱ.C(ads)＋CO2(g)===2CO(g)。
上述反应中C(ads)为吸附活性炭，反应历程的能量变化如图1所示：

①反应Ⅰ是______________(填“慢反应”或“快反应”)，CH4CO2干重整反应的热化学方程式为________________________________________________________________________。
(选取图1中E1、E2、E3、E4、E5表示反应热)。
②在恒压条件下，等物质的量的CH4(g)和CO2(g)发生干重整反应时，各物质的平衡转化率随温度变化如图2所示。已知在干重整中还发生了副反应：H2(g)＋CO2(g)===H2O(g)＋CO(g)　ΔH＞0，则表示CO2平衡转化率的是曲线________ (填“ A”或“B”) ，判断的依据是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。

③在恒压p、800 K条件下，在密闭容器中充入等物质的量的CH4(g)和CO2(g) ，若曲线A对应物质的平衡转化率为40%，曲线B对应物质的平衡转化率为20%，则以上反应平衡体系中n(H2)∶n(H2O)＝__________，则干重整反应的平衡常数Kp______________________ (用平衡分压代替平衡浓度表示，分压＝总压×物质的量分数，列出计算式，无需化简)。
(2)二氧化碳电还原反应提供了一种生产乙醇的方法，已知反应过程中在三种不同催化剂表面(Cu、C/Cu、N­C/Cu)的某个基元反应的能量变化如图3所示(IS表示始态，TS表示过渡态，FS表示终态， *表示催化剂活性中心原子)。科学家研究发现铜表面涂覆一层氮掺杂的碳(NC)可以提高乙醇的选择性，其原因可能是_______________________________________
________________________________________________________________________。

(3)科学家通过使用双极膜电渗析法来捕获和转化海水中的CO2，其原理如图4所示。

①写出与电源正极相连一极上的电极反应式：_________________________________。
②下列说法正确的是________(填字母)。
A．循环液1和循环液2中的阴离子种类相同
B．隔膜1为阳离子交换膜，隔膜2为阴离子交换膜
C．水的电离程度：处理后海水1＞处理后海水2
D．该方法可以同时将海水进行淡化
解析：(1)①由题图1可知反应Ⅰ的活化能大于反应Ⅱ，故反应Ⅰ为慢反应，由图可知CH4CO2干重整反应的热化学方程式为CH4(g)＋CO2 (g)===2CO(g)＋2H2 (g)　ΔH＝＋(E3－E1) kJ·mol－1。②相同条件下，等物质的量的CH4(g)和CO2(g)发生干重整反应时，发生的反应为CH4(g)＋CO2 (g)===2CO(g)＋2H2 (g)(主反应)，H2(g)＋CO2(g)===H2O(g)＋CO(g) (副反应)，因为CO2同时参与两个反应，故转化率更大，则表示CO2平衡转化率的是曲线A。③设在密闭容器中充入1 mol的CH4(g)和1 mol CO2(g)，因为CH4(g)的平衡转化率为40%，故共消耗0.4 mol，CO2(g)的转化率为20%，消耗0.2 mol，据此列“三段式”如下：
CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)
起始量/mol 1 1 0 0
转化量/mol 0.2 0.2 0.4 0.4
平衡量/mol 0.8 0.8 0.4 0.4
H2(g)＋CO2(g)CO(g)＋H2O(g)
起始量/mol 0.4 0.8 0.4 0
转化量/mol 0.2 0.2 0.2 0.2
平衡量/mol 0.2 0.6 0.6 0.2
体系中，n(H2)＝0.2 mol, n(H2O)＝0.2 mol，n(H2)∶n(H2O)＝1∶1，体系中各气体的物质的量之和为2.4 mol，故Kp＝＝。
(2)催化剂可以降低反应的活化能，在NC/Cu催化剂表面，反应2CO*===OCCO*的活化能较小，促进了C—C形成。
(3)①由题图3分析可知，电极X中Fe化合价降低，得到电子，作阴极，与电源负极相连；电极Y中Fe化合价升高，失去电子，作阳极，与电源正极相连；与电源正极相连一极上的电极反应式为Fe(CN)－e－===Fe(CN)。②由①可知电极X为阴极，电极反应式为Fe(CN)＋e－===Fe(CN)，电极Y为阳极，电极反应式为Fe(CN)－e－===Fe(CN)，则循环液1和2均含有Fe(CN)和Fe(CN)，A项正确；为避免循环液出现离子交换，阳离子向电极X(阴极)移动，阴离子向电极Y(阳极)移动，隔膜1为阴离子交换膜，隔膜2为阳离子交换膜，B项错误；由题图4可知，海水1经处理，HCO转换为CO2，CO2的水溶液呈弱酸性，会抑制水的电离，而酸化处理后的海水2，CO2转化为HCO，HCO易水解，故水的电离程度：处理后海水1＜处理后海水2，C项错误；电解时，海水中的Na＋等阳离子向阴极移动，Cl－等阴离子向阳极移动，但这些离子依然在处理后的海水中，并不会有利于海水的淡化，D项错误。故选A。
答案：(1)①慢反应　CH4(g)＋CO2 (g)===2CO(g)＋2H2 (g)　ΔH＝＋(E3－E1) kJ·mol－1　②A　相同条件下，因为CO2同时参与两个反应，故转化率更大　③1∶1　
(2)在NC/Cu催化剂表面，反应2CO*===OCCO*的活化能较小， 促进了C—C形成(或其他合理答案)
(3)①Fe(CN)－e－===Fe(CN)　②A