新高考化学三轮冲刺大题优练6 以能量和平衡为主线串联反应原理（含解析）

这是一份新高考化学三轮冲刺大题优练6 以能量和平衡为主线串联反应原理（含解析），共14页。试卷主要包含了5kJ·ml−l，5kJ·mlˉ1，975∶1 0，9kJ·ml−1，19kJ·ml−1等内容，欢迎下载使用。

以能量和平衡为主线串联反应原理


大题优练6








优选例题



例：氮及其化合物在工农业生产、生活中有着重要应用，减少氮的氧化物在大气中的排放是环境保护的重要内容之一。
(1)已知：N2(g)+O2(g)=2NO(g) ΔH=+180.5kJ·mol−l
C(s)+O2(g)=CO2(g) ΔH=-393.5kJ·mol−l
2C(s)+O2(g)=2CO(g) ΔH=-221kJ·mol−l
若某反应的平衡常数表达式为：，请写出此反应的热化学方程式 。
(2)N2O5在一定条件下可发生分解：2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g)。某温度下测得恒容密闭容器中N2O5浓度随时间的变化如下表：
t/min
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
c(N2O5)(mol/L)
1.00
0.71
0.50
0.35
0.25
0.17
①反应开始时体系压强为P0，第3.00min时体系压强为p1，则p1∶p0=_______；2.00min~4.00min内，NO2的平均反应速率为_______。
②一定温度下，在恒容密闭容器中充入一定量N2O5进行该反应，能判断反应已达到化学平衡状态的是_______。
a．NO2和O2的体积比保持不变 b．容器中压强不再变化
c．2v正(NO2)=v逆(N2O5) d．气体的平均相对分子质量保持不变
(3)N2O4与NO2之间存在反应：N2O4(g)2NO2(g) ΔH=Q kJ·molˉ1。将一定量的N2O4放入恒容密闭容器中，测得其平衡转化率［α(N2O4)］随温度变化如图所示。

如图中a点对应温度下，已知N2O4的起始压强p0为200kPa，该温度下反应的平衡常数Kp=_______(小数点后保留一位数字，用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数)。
【答案】（1）2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) ΔH=-746.5kJ·molˉ1
（2）1.975∶1 0.25mol·Lˉ1·minˉ1 b、d
（3）213.3kPa
【解析】(1)根据平衡常数可得反应方程式④：2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)，将上述三个已知方程式依次编号为①、②、③，根据盖斯定律可知④=②×2-③-①，则有2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) ΔH=−746.5kJ/mol；(2)①同温同压下，气体的物质的量之比等于压强之比；根据已知条件列出三段式：
2N2O5(g)4NO2(g) + O2(g)

反应前后气体的压强之比等于物质的量之比，所以p1∶p0=(0.35+1.30+0.325)∶1=1.975∶1；2min~4min内，Δc(N2O5)=(0.50-0.25)mol/L=0.25mol/L，v(N2O5)===0.125mol/(L·min)；v(NO2)=2v(N2O5)=
0.25mol·L−1·min−1。故答案为1.975∶1；0.25mol·L−1·min−1；②变量不变达平衡。a．NO2和O2的浓度比始终等于化学计量数之比，不能说明反应达到平衡状态，故a错误；b．恒温恒容时，压强与气体的总物质的量成正比，该反应气体的总物质的量是变量，则压强也是变量，当压强不变时，反应达到平衡，故b正确；c．v正(NO2)=2v逆(N2O5)时才能说明反应达到平衡，故c错误；d．该反应气体的总质量不变，若反应向右进行，气体的总物质的量增大，气体的平均相对分子质量减小，当气体的平均相对分子质量不再改变时，则反应达到平衡状态，故d 正确。故答案为：bd。(3)设起始时N2O4的物质的量为1mol，则a点时其转化量为0.4mol，列三段式得：
N2O4(g) 2NO2(g)

根据压强之比等于物质的量之比得：p平==1.4×200=280kPa，p(NO2)=kPa=160kPa，p(N2O4)=kPa=120kPa，Kp=kPa，故答案为：213.3kPa。





模拟优练



1．合理利用温室气体是当前能源与环境研究的热点。
(1)CH4-CO2催化重整可以得到合成气(CO和H2)，其工艺过程中涉及如下反应：
反应① CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) ΔH1
反应② CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH2=+41.2kJ·mol−1
反应③ CH4(g)+O2(g)CO(g)+2H2(g) ΔH3=-36.0kJ·mol−1
反应④ O2(g)+H2(g)H2O(g) ΔH4= -241.8kJ·mol−1
则ΔH1=___________kJ·mo1−1。
一定条件下，向体积为VL的密闭容器中通入CH4、CO2各1.0mo1及少量O2，测得不同温度下反应平衡时各产物产量如图所示。1100K时，CH4与CO2的转化率分别为90％和95％，图中a代表产物___________。当温度高于900K，H2O的含量随温度升高而下降的主要原因是___________。

(2)工业上将CO2转化为燃料CH4，可发生反应有：
反应I：CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g) ΔH1
反应Ⅱ：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH2=+41.2kJ·mol−1
将1mol CO2和4mol H2充入2L刚性密闭容器中，反应相同时间，温度对CO2转化率和催化剂选择性的影响如图所示。(注：催化剂的选择性是指发生反应的CO2转化为CH4或CO的百分比)

ΔH1___________0(填“>”、“<”或“=”)。350℃时，反应I的平衡常数为___________。不改变投料，若容器体积可变化，为同时提高CO2的平衡转化率和CH4的平衡产率，选择最佳反应条件为___________(填标号)。
A．350℃、低压 B．350℃、高压 C．500℃、低压 D．500℃、高压
【答案】（1）+247.4kJ·mol−1 CO 高于900K时以反应④为主，反应④是放热反应，升高温度，平衡逆行移动，H2O的含量减小
（2）< 100 B
【解析】(1)由盖斯定律得①=②+③-④，所以ΔH1=ΔH2-ΔH3+ΔH4=（41.2-35.6+241.8）kJ·mol−1=+247.4kJ·mol−1；由反应①②③可知，反应产物有CO、H2、H2O。生成的H2会在反应②中与CO2生成CO，CO的产量高于H2。故a曲线表示的是CO。反应②是吸热反应，升高温度有利于平衡正向移动，H2O的含量会增大，但反应O2(g)+H2(g)H2O(g)为放热反应，升高温度不利于反应正向进行，H2O的含量会减小。所以高于900K时以反应④为主，反应④是放热反应，升高温度，平衡逆行移动，H2O的含量减小；故答案为：+247.4kJ·mol−1；CO；高于900K时以反应④为主，反应④是放热反应，升高温度，平衡逆行移动，H2O的含量减小；(2)由图1可知，反应I达到平衡状态后，随温度升高二氧化碳的转化率逐渐减小，说明正反应为放热反应，故ΔH1<0；350℃时，由图1知CO2的平衡转化率为80%，由图2可知生成甲烷催化剂的选择率为100%，利用三段式进行计算：

又因体积为2L，故平衡常数为：；由图1知350℃时，CO2的平衡转化率较大，应选择350℃，又因为反应是个气体总体积减小的反应，增大压强平衡正向移动，CO2的平衡转化率和CH4的平衡产率都会增大，选择最佳反应条件为B．350℃、高压；故答案为：<；100；B。
2．应对雾霾污染、改善空气质量需要从多方面入手，如开发利用清洁能源。甲醇是一种可再生的清洁能源，具有广阔的开发和应用前景。
Ⅰ．已知：①CH3OH(g)+H2O(l)=CO2(g)+3H2(g) ΔH=+93.0kJ·mol−1
②CH3OH(g)+1/2O2(g)=CO2(g)+2H2(g) ΔH＝-192.9kJ·mol−1
③CH3OH(g)=CH3OH(l) ΔH＝-38.19kJ·mol−1
则表示CH3OH的燃烧热的热化学方程式为_________________________________。
Ⅱ．在一定条件下用CO和H2合成CH3OH：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，在2L恒容密闭容器中充入1mol CO和2mol H2，在催化剂作用下充分反应。下图表示平衡混合物中CH3OH的体积分数在不同压强下随温度的变化的平衡曲线。回答下列问题：

（1）该反应的反应热ΔH_______0（填“>”或“<”），压强的相对大小：p1_______p2（填“>”或“<”）。
（2）压强为p2，温度为300℃时，该反应的化学平衡常数K=________________。
（3）下列各项中，不能说明该反应已经达到平衡的是________。
A．容器内气体压强不再变化 B．v(CO)∶v(H2)∶v(CO3OH)=1∶2∶1
C．容器内的密度不在变化 D．容器内混合气体的平均相对分子质量不再变化
E．容器内各组分的质量分数不再变化
（4）某温度下在保证H2浓度不变的情况下，增大容器的体积，平衡_________（填字母）。
A．向正反应方向移动 B．向逆反应方向移动 C．不移动
作出此判断的依据是___________________________________。
【答案】Ⅰ．CH3OH(l)+3/2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-726.51kJ·mol−1
Ⅱ．（1）< >
（2）K=48
（3）BC
（4）C 保证c(H2)不变情况下，增大容器体积，c(CO3OH)与c(CO)同等倍数减小，根据浓度商，所以平衡不移动
【解析】Ⅰ．已知：①CH3OH(g)+H2O(l)=CO2(g)+3H2(g) ΔH=+93.0kJ·mol−1
②CH3OH(g)+1/2O2(g)=CO2(g)+2H2(g) ΔH＝-192.9kJ·mol−1
③CH3OH(g)=CH3OH(l) ΔH＝-38.19kJ·mol−1
根据盖斯定律可知，②×3-①×2-③即得到甲醇的燃烧热的热化学方程式：CH3OH(l)+3/2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-726.51kJ·mol−1，故答案为：CH3OH(l)+3/2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-726.51kJ·mol−1；Ⅱ．（1）据图可知，随着温度的升高，CH3OH的体积分数逐渐减小，说明升高温度，平衡逆向移动，则该反应的正反应为放热反应，ΔH＜0；因该反应的正反应是气体体积减小的反应，则增大压强，平衡正向移动，CH3OH的体积分数增大，即压强越大，CH3OH的体积分数越大，据图可知，压强为P1时CH3OH的体积分数大于压强为P2时CH3OH的体积分数，所以P1＞P2，故答案为：＜；＞；（2）压强为P2，温度为300℃时，CH3OH的体积分数为50%，根据三段式法有：
CO(g) + 2H2(g) CH3OH(g)
起始量（mol） 1 2 0
转化量（mol） x 2x x
平衡量（mol） 1－x 2－2x x
×100%=50%，解得x=0.75mol，则达到平衡时CO、H2、CH3OH的浓度分别为：0.125mol/L、0.25mol/L、0.375mol/L，所以平衡常数K==48，故答案为48；（3）A．该反应是反应前后气体体积变化的可逆反应，容器内气体压强不再变化，说明反应达到了平衡状态，故A正确；B．v(CO)∶v(H2)∶v(CO3OH)=1∶2∶1，因未指明是正反应速率还是逆反应速率，则不能说明反应达到了平衡状态，故B错误；C．因容器恒容且反应前后总质量不变，则容器内的密度始终不变，所以容器内的密度不再变化不能说明反应达到了平衡状态，故C错误；D．因该反应的气体总质量不变，而反应前后气体物质的量不相等，所以容器内混合气体的平均相对分子质量不再变化，说明反应达到了平衡状态，故D正确；E．容器内各组分的质量分数不再变化，说明反应达到了平衡状态，故E正确；答案选BC。（4）某温度下在保证H2浓度不变的情况下，增大容器的体积，则c(CO3OH)与c(CO)同等倍数减小，根据浓度商的表达式可知，Qc不变，则平衡不移动，故答案为：C；保证c(H2)不变情况下，增大容器体积，c(CO3OH)与c(CO)同等倍数减小，根据浓度商，所以平衡不移动。
3．氮氧化物是形成酸雨、雾霾、光化学烟雾的主要物质，主要来源于汽车尾气，氮氧化物的处理已成为科学研究的重要内容。请回答下列问题：
(1)O3氧化法处理氮氧化物：
已知：①2NO(g)+O2(g)=2NO2(g) ΔH1=-113kJ/mol
②6NO2(g)+O3(g)=3N2O5(g) ΔH2=-227kJ/mol
③4NO2(g)+O2(g)=2N2O5(g) ΔH3=-57kJ/mol
用O3氧化脱除NO的总反应是：NO(g)+O3(g)=NO2(g)+O2(g) ΔH4=____，该反应在热力学上趋势大，其原因是_________________。
(2)CO还原法处理氮氧化物：
在2L的密闭容器中充入1mol CO和1mol NO，在一定条件下发生反应：2CO(g)+2NO(g)N2(g)+2CO2(g)，测得NO的平衡转化率与温度及压强的关系如图所示，实验测得，v正=k正c2(NO)∙c2(CO)，v逆=k逆c(N2)∙c2(CO2)
(k正、k逆为速率常数，只与温度有关)

①比较P1、P2、P3由大到小的顺序为：____________。
②达到平衡后，仅升高温度，k正增大的倍数____(填“>”“=”或“＜”)k逆增大的倍数。
③求a点时=_____。
(3)氮氧化物会造成环境污染，但对于某些生物却是生命的关键。在高压深海处存在一种独特的生物，就是依靠身体中的特殊蛋白酶(fotc)催化作用利用深海高压气体氮氧化物(NmOn)提供一部分生命所需能量，生化机理如下：

已知：i．中间体N(m-y)O(n-x)有微弱毒性，低浓度无害，高浓度会造成生物死亡，同时生物体内的甲壳素变红。
ii．催化剂对气体的吸附速率随着压强的增大而增大，反之减小。
iii．此种生物只能在固定深度范围的海域才能存活。
①在更深的海域生物死亡时会通体呈现红色，其原因是_________________。
②在更浅的海域生物死亡时呈现因为饥饿得不到能量的白色，其原因是_________________。
【答案】（1）-198kJ·mol−1 该反应为放热反应
（2） P1>P2>P3 ＜ 320L/mol
（3） 更深的海域压强大，吸附速率快于催化剂解吸附速率，中间产物浓度增大，引起中毒死亡 更浅的海域压强小，吸附速率较慢，总反应速率由较慢的步骤决定，导致解吸附放出的能量不足，生物因缺乏能量而死亡
【解析】(1)根据盖斯定律(①+②×2+③×3)可得ΔH4=[-113kJ/mol+(-227kJ/mol)×2+(-57kJ/mol)×3]=-198
kJ·mol−1；该反应焓变小于0，为放热反应，所以在热力学上趋势大；(2)①该反应为气体系数之和减小的反应，所以温度不变，增大压强平衡正向移动，NO的平衡转化率增大，所以P1>P2>P3；②平衡时v正=k正c2(NO)∙c2(CO)=v逆=k逆c(N2)∙c2(CO2)，据图可知压强相同时，升高温度NO的平衡转化率降低，即平衡逆向移动，所以仅升高温度后，v正＜v逆，而升温瞬间各物质的浓度不变，所以k正增大的倍数＜k逆增大的倍数；③平衡时v正=k正c2(NO)∙c2(CO)=v逆=k逆c(N2)∙c2(CO2)，所以；a点时，NO的平衡转化率为80%，则∆n(NO)=1mol×80%=0.8mol，根据反应方程式可知平衡时∆n(CO)=0.8mol，∆n(N2)=0.4mol，∆n(CO2)=0.8mol，所以平衡时体系中n(NO)=n(CO)=1mol-0.8mol=0.2mol，n(N2)=0.4mol，n(CO2)=0.8mol，容器体积为2L，所以K==320L/mol；(3)①更深的海域压强大，吸附速率快于催化剂解吸附速率，中间产物N(m-y)O(n-x)浓度增大，引起中毒死亡，同时生物体内的甲壳素变红；②更浅的海域压强小，吸附速率较慢，总反应速率由较慢的步骤决定，导致解吸附放出的能量不足，生物因缺乏能量而死亡，死亡时呈现因为饥饿得不到能量的白色。
4．消除氮氧化物的污染对建设生态文明具有重要的意义。回答下列问题：
(1)用活性炭还原法可以处理氮氧化物，发生反应为C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g)。
①已知：C(s)和CO(g)的燃烧热分别为393.5kJ·mol−1和283kJ·mol−1；CO(g)和NO(g)反应的热化学方程式为2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g) ΔH=-747.8kJ·mol−1。则用活性炭还原法反应的ΔH=___kJ·mol−1，欲提高NO平衡转化率，可采取的措施有__________________。
②实验室模拟活性炭还原氮氧化物的过程。向2L固定体积的密度容器中，加入足量的活性炭，再充入1mol NO，在一定温度下反应，50min时达到平衡，测得混合气体中CO2的物质的量为0.2mol，则平衡时NO的转化率为___，该反应的平衡常数Kp=___________(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数)。
(2)Cl2也可以与NO反应：2NOCl(g)2NO(g)+Cl2(g)。一定温度下，用NOCl和Cl2表示该反应的反应速率分别为v正=k正·c2(NOCl)，v逆=k逆·c2(NO)·c(Cl2)(k1、k2为速率常数)。向2L密闭容器中充入a mol NOCl(g)，测得NO的物质的量浓度与温度的关系如图所示(x＜0.5a)。T1___T2(填“>”、“＜”或“=”)；T2温度下，=____________(用含a、x的代数式表示)。

(3)利用电化学原理，将NO2、O2和熔融KNO3制成燃料电池，模拟工业电解法来精炼银，装置如图所示。

请回答下列问题：
①甲池工作时，NO2转变成绿色硝化剂Y，Y是N2O5，可循环使用，则正极发生的电极反应方程式为：_________________。
②若石墨I消耗4.6g NO2，已知该电解池的电解效率为80%，则乙中阴极得到Ag的质量为________________。(通过一定电量时阴极上实际沉积的金属质量与通过相同电量时理论上应沉积的金属质量之比叫电解效率)。
【答案】（1）-575.3 降温、减少生成物的浓度 40%
（2） ＞
（3） O2+2N2O5+4e−=4NO 8.64g
【解析】(1)①已知：C(s)和CO(g)的燃烧热分别为393.5kJ·mol−1和283kJ·mol−1，即：
ⅰ．C(s)+O2(g)=CO2(g) ΔH=-393.5kJ·mol−1
ⅱ．2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) ΔH=-283kJ·mol−1
CO(g)和NO(g)反应的热化学方程式为ⅲ．2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g) ΔH=-747.8kJ·mol−1，根据盖斯定律ⅰ+ⅲ-ⅱ×2可得：C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g) ΔH=-575.3kJ·mol−1；除增大一氧化氮的浓度外，能使平衡正向移动的措施均能提高NO平衡转化率，则可采取的措施有降温、减少生成物的浓度；
②根据题意列三段式：C(s)+2NO(g)N2(g) + CO2(g)

则平衡时NO的转化率为×100%=40%，由于该反应前后气体体积相等，可以用气体的物质的量代替分压进行平衡常数计算，则该反应的平衡常数Kp==；(2)根据“先拐先平数值大原则”，T1温度下反应先达到平衡，即T1温度下反应速率更快，温度更高，则T1＞T2；T2温度下，达到平衡时，c(NO)=x mol/L，根据反应方程式2NOCl(g)2NO(g)+Cl2(g)，此时c(Cl2)=0.5x mol/L，Δc(NOCl)=x mol/L，则平衡时c (NOCl)=(0.5a-x)mol/L，当反应达到平衡时，v正=k正·c2(NOCl)=v逆=k逆·c2(NO)·c(Cl2)，；(3)①甲池工作时为燃料电池，通入燃料的一极为负极，通入氧气的一极为正极，则石墨Ⅰ为负极，石墨Ⅱ为正极，负极上NO2转变成绿色硝化剂N2O5，负极电极反应式为：NO2+NO-e−=N2O5，正极上N2O5和O2得电子转化为NO，则正极发生的电极反应方程式为：O2+2N2O5+4e−=4NO；②若石墨I消耗4.6g NO2，其物质的量为=0.1mol，根据石墨I负极电极反应式为：NO2+NO-e−=N2O5，转移电子物质的量为0.1mol，则根据乙中阴极电极反应Ag++e−=Ag，理论上得到Ag的质量为0.1mol×108g/mol=10.8g，由于该电解池的电解效率为80%，因此实际得到的质量为10.8g×80%=8.64g。
5．十九大报告提出“要像对待生命一样对待生态环境”，对硫、氮、碳元素形成的有毒有害气体进行处理成为科学研究热点。请回答下列问题：
Ⅰ．氮元素的化合物种类繁多，研究氮氧化物的反应机理对于消除污染有重要指导作用。
(1)NO2有较强的氧化性，能将SO2氧化成SO3，自身被还原为NO。
已知：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH1=-196.6kJ·mol−1
2NO(g)+O2(g)=2NO2(g) ΔH2=-113.0kJ·mol−1
则NO2氧化SO2的热化学方程式为_______________________。
(2)利用现代传感技术探究压强对2NO2(g)N2O4(g)平衡移动的影响。在恒定温度和标准压强条件下，往针筒中充入一定体积的NO2气体后密封并保持活塞位置不变。分别在t1、t2时迅速移动活塞后并保持活塞位置不变，测定针筒内气体压强变化如下图1所示。

①B、E两点对应的正反应速率大小为vB_______vE(填“>”或“<”)。
②E、F、H三点对应气体的平均相对分子质量最大的点为_______(填字母序号)。
Ⅱ．利用CO2制取甲醛可以缓解温室效应，反应方程式为CO2(g)+2H2(g)HCHO(g)+H2O(g)。请回答下列问题：
(4)T1℃时，将体积比为1∶2的CO2和H2混合气体充入恒容密闭容器中，每隔一定时间测得容器内气体压强如表所示：
时间/min
0
10
20
30
40
50
60
压强/kPa
1.08
0.96
0.88
0.82
0.80
0.80
0.80
①已知：vp(B)=。前10min，用H2的压强变化表示该反应的平均反应速率为_______kPa∙min−1。
②T1℃时，反应的平衡常数Kp=_______kPa−1(Kp为用各气体分压表示的平衡常数，分压=总压×物质的量分数；结果保留三位有效数字)。
【答案】（1） ΔH=﹣41.8kJ·mol−1
（2） > H
（3） 0.024 38.3
【解析】Ⅰ．(1)根据图一可知热化学方程式为①2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH1=-196.6kJ·mol−1；②2NO(g)+O2(g)=2NO2(g) ΔH2=-113.0kJ·mol−1；根据盖斯定律，由①-②整理可得NO2(g)+SO2(g)=SO3(g)+NO(g) ΔH=ΔH1-ΔH2=-41.8kJ/mol；(2)①其他条件相同时压强越大反应速率越快，故B、E两点对应的正反应速率大小为vB>vE；②t2时刻移动了活塞，压强迅速增大，说明针筒内气体体积缩小，保持活塞位置不变后，平衡向着正向移动，混合气体的物质的量逐渐减小，根据M=可知，E、F、H三点对应气体的平均相对分子质量最大的点为H；Ⅱ．(4)①反应方程式为CO2(g)+2H2(g)HCHO(g)+H2O(g)，=2，已知：vp(B)=。前10min，用H2的压强变化表示该反应的平均反应速率为vp(H2)===0.024kPa∙min−1；
②
Kp==38.3kPa−1。