2020版高考化学二轮复习专题强化训练16化学反应原理综合（含解析）
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能力练(20分钟)
1．(2019·长沙四校一模)甲醚(CH3OCH3)是一种重要的新型能源，用CO和H2合成甲醚的有关反应如下：
①CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH1＝－99 kJ·mol－1；
②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g) ΔH2＝－24 kJ·mol－1；
③CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) ΔH3＝－41 kJ·mol－1。
回答下列问题：
(1)3CO(g)＋3H2(g)CO2(g)＋CH3OCH3(g) ΔH＝________kJ·mol－1。
(2)下列措施能提高反应CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)中CO平衡转化率的有________(填序号)。
A．使用高效催化剂 B．增加H2O(g)的浓度
C．增大压强 D．升高温度
(3)下列叙述中能说明反应3CO(g)＋3H2(g)CO2(g)＋CH3OCH3(g)处于平衡状态的是________(填序号)。
A．生成3 mol H—H键的同时生成6 mol C—H键
B．混合气体的总物质的量不变
C．正逆反应速率相等，且都等于零
D．二氧化碳和甲醚的物质的量相等
(4)如图为反应CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH1＝－99 kJ·mol－1达到平衡后，在t1、t3、t4时刻改变某一条件反应速率随时间的变化曲线图。t4时改变的条件是________；在t1～t6时间段内，CH3OH物质的量分数最少的一段时间是________。
(5)对于反应：2CH3OH(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g) ΔH2＝－24 kJ·mol－1，在T℃时，向体积不变的密闭容器中投入一定量CH3OH气体，气体混合物中CH3OCH3的物质的量分数φ(CH3OCH3)与反应时间t的关系如表所示：
t/min | 0 | 15 | 30 | 45 | 80 | 100 |
φ(CH3OCH3) | 0 | 0.05 | 0.08 | 0.09 | 0.10 | 0.10 |
①30 min时，CH3OH的转化率为________；根据表中数据，T℃时，该反应的平衡常数为________。
②上述反应中，反应速率v＝v正－v逆＝k正φ2(CH3OH)－k逆φ(CH3OCH3)·φ(H2O)，k正和k逆分别为正向、逆向反应速率常数，φ为物质的量分数。计算15 min时＝________(结果保留2位小数)。
[解析] (1)根据盖斯定律，由①×2＋②＋③得3CO(g)＋3H2(g)CO2(g)＋CH3OCH3(g) ΔH＝－263 kJ·mol－1。(2)使用催化剂对平衡转化率无影响，A项错误；增加H2O(g)的浓度，CO的平衡转化率增大，B项正确；增大压强，平衡不移动，CO的平衡转化率不变，C项错误；升高温度，平衡逆向移动，CO的平衡转化率减小，D项错误。(3)生成3 mol H—H键的同时生成6 mol C—H键，说明各物质的物质的量不再变化，反应达到平衡，A项正确；混合气体的总物质的量不变，说明反应达到平衡，B项正确；此反应为可逆反应，达平衡时正逆反应速率相等，但不等于零，C项错误；二氧化碳和甲醚的物质的量相等，不能说明反应达到平衡，D项错误。(4)t1～t2时间段平衡逆向移动，CH3OH物质的量分数减小，t2～t4时间段平衡不移动，CH3OH物质的量分数不变，t4时改变的条件为减小压强，平衡逆向移动，CH3OH物质的量分数减小，t5～t6时间段反应达平衡，CH3OH物质的量分数最小。(5)①30 min时，CH3OCH3的物质的量分数为0.08，设开始投入的CH3OH为x mol，生成的H2O为y mol，则生成的CH3OCH3为y mol，消耗的CH3OH为2y mol，则＝0.08，CH3OH的转化率为×100%＝16%；T℃时，设容器体积为V L，反应达平衡时，H2O为z mol，生成的CH3OCH3为z mol，消耗的CH3OH为2z mol，则＝0.10，z＝0.10x，平衡常数K＝＝。②由题意可知达平衡时v正＝v逆，k正φ2(CH3OH)＝k逆φ(CH3OCH3)·φ(H2O)，＝＝K＝，15 min时，生成的CH3OCH3和H2O的物质的量分数均为0.05，则CH3OH的物质的量分数为0.9，＝＝＝5.06。
[答案] (1)－263 (2)B (3)AB
(4)减小 压强 t5～t6 (5)①16% ②5.06
2．“绿水青山就是金山银山”，因此研究NOx、SO2等大气污染物的妥善处理具有重要意义。
(1)SO2的排放主要来自煤的燃烧，工业上常用氨水吸收法处理尾气中的SO2。
已知吸收过程中相关反应的热化学方程式如下：
①SO2(g)＋NH3·H2O(aq)===NH4HSO4(aq) ΔH1＝a kJ·mol－1；
②NH3·H2O(aq)＋NH4HSO3(aq)===(NH4)2SO3(aq)＋H2O(l) ΔH2＝b kJ·mol－1；
③2(NH4)2SO3(aq)＋O2(g)===2(NH4)2SO4(aq) ΔH3＝c kJ·mol－1。
则反应2SO2(g)＋4NH3·H2O(aq)＋O2(g)===2(NH4)2SO4(aq)＋2H2O(l)的ΔH＝__________kJ·mol－1。
(2)燃煤发电厂常利用反应2CaCO3(s)＋2SO2(g)＋O2(g)===2CaSO4(s)＋2CO2(g) ΔH＝－681.8 kJ·mol－1对煤进行脱硫处理来减少SO2的排放。对于该反应，在T℃时，借助传感器测得反应在不同时间点上各物质的浓度如下：
①0～10 min内，平均反应速率v(O2)＝__________mol·L－1·min－1；当升高温度时，该反应的平衡常数K__________(填“增大”“减小”或“不变”)。
②30 min后，只改变某一条件，反应重新达到平衡。根据上表中的数据判断，改变的条件可能是________(填字母)。
A．加入一定量的粉状碳酸钙
B．通入一定量的O2
C．适当缩小容器的体积
D．加入合适的催化剂
(3)NOx的排放主要来自汽车尾气，有人根据反应C(s)＋2NO(g)N2(g)＋CO2(g) ΔH＝－34.0 kJ·mol－1，用活性炭对NO进行吸附。已知在密闭容器中加入足量的C和一定量的NO气体，保持恒压测得NO的转化率随温度的变化如图所示：
由图可知，1050 K前反应NO的转化率随温度升高而增大，其原因为________________________；在1100 K时，CO2的体积分数为__________。
(4)用某物质的平衡分压代替其物质的量浓度也可以表示化学平衡常数(记作Kp)。在1050K、1.1×106 Pa时，该反应的化学平衡常数Kp＝__________[已知：气体分压(p分＝气体总压(p总)×体积分数]。
(5)为避免汽车尾气中的有害气体对大气的污染，需给汽车安装尾气净化装置。在净化装置中CO和NO发生反应2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g) ΔH＝－746.8 kJ·mol－1，生成无毒的N2和CO2。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。
②若在1 L的密闭容器中充入1 mol CO和1 mol NO，在一定温度下达到平衡时，CO的转化率为40%，则＝__________。
[解析] 本题考查了化学反应原理的综合应用，考查了变化观念与平衡思想的科学素养。(1)根据盖斯定律，由热化学方程式①×2＋②×2＋③得2SO2(g)＋4NH3·H2O(aq)＋O2(g)===2(NH4)2SO4(aq)＋2H2O(l)，故该反应的ΔH＝(2a＋2b＋c)kJ/mol。(2)①在0～10 min内，Δc(O2)＝1.0 mol/L－0.79 mol/L＝0.21 mol/L，故v(O2)＝＝0.021 mol·L－1·min－1；正反应为放热反应，升高温度，平衡向左移动，故化学平衡常数K减小。②加入固体碳酸钙不影响平衡移动，A项错误；通入一定量的O2，O2浓度增大，平衡正向移动，CO2的浓度增大，B项正确；适当缩小容器的体积，所有气体的浓度均增大，C项正确；加入合适的催化剂平衡不移动，D项错误。(3)在1050 K前反应未达到平衡状态，随着温度升高，反应速率加快，NO的转化率增大。根据反应C(s)＋2NO(g)N2(g)＋CO2(g)，假设加入1 mol NO，在1100 K时，α(NO)＝40%，则Δn(NO)＝0.4 mol，故n(CO2)＝0.2 mol，由于反应前后气体的总物质的量不变，故混合气体中CO2的体积分数为×100%＝20%。(4)根据反应C(s)＋2NO(g)N2(g)＋CO2(g)，假设加入1 molNO，在1050 K时，α(NO)＝80%，平衡时，n(NO)＝0.2 mol，n(N2)＝0.4 mol，n(CO2)＝0.4 mol，各物质的平衡分压为p分(NO)＝×1.1×106Pa，p分(N2)＝×1.1×106Pa，p分(CO2)＝×1.1×106Pa；故反应的化学平衡常数Kp＝＝4。(5)①正反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，则正反应速率增大的倍数小于逆反应速率增大的倍数。浓度不变，故k正增大的倍数小于k逆增大的倍数。②当反应达到平衡时，v正＝v逆，故＝＝K。根据热化学方程式可知，平衡时c(CO)＝c(NO)＝0.6 mol/L，c(N2)＝0.2 mol/L，c(CO2)＝0.4 mol/L，故＝＝＝。
[答案] (1)2a＋2b＋c
(2)①0.021 减小 ②BC
(3)1050 K前反应未达到平衡状态，随着温度升高，反应速率加快，NO转化率增大 20%
(4)4
(5)①< ②
拔高练(25分钟)
1．(2019·武汉调研)对废(尾)气中的氮氧化物、二氧化硫等进行必要处理，减少它们的排放，让空气更加清洁是环境科学的重要课题之一，也是“打赢蓝天保卫战”的重要举措。分析有关氮氧化物、二氧化硫的反应，并回答相关问题：
(1)已知：N2(g)＋O2(g)===2NO(g) ΔH1＝＋180.5 kJ·mol－1
C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH2＝－393.5 kJ·mol－1
2C(s)＋O2(g)===2CO(g) ΔH3＝－221.0 kJ·mol－1
若某反应的平衡常数表达式为K＝，请写出此反应的热化学方程式____________________________________________
__________________________________________________________。
(2)利用汽油中挥发出来的烃类物质(CxHy)催化还原汽车尾气中的NO气体可消除由此产生的污染，该过程的化学方程式为___________________________________________________。
(3)废气中的SO2经过净化后与空气混合进行催化氧化等一系列反应后可制取硫酸，其中SO2发生催化氧化的反应为2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)。往一固定体积的密闭容器中通入SO2和O2[其中n(SO2)∶n(O2)＝2∶1]，在不同温度下测得容器内总压强与反应时间的关系如图所示。
①图中A点处SO2的转化率为________。
②C点的正反应速率vC(正)与A点的逆反应速率vA(逆)的大小关系为vC(正)________(填“>”“<”“＝”)vA(逆)。
③图中B点用压强表示的平衡常数Kp＝________(用平衡分压代表平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)。
(4)用如图所示的电解装置可将雾霾中的NO、SO2分别转化为NH和SO。
①写出物质A的化学式________，SO2在电极上发生的反应为_______________________________________________________。
②写出电解槽里发生的总反应的化学方程式________________
________________________________________________________。
(5)工业上常用氨水吸收二氧化硫，可生成(NH4)2SO3。判断常温下(NH4)2SO3溶液的酸碱性并说明判断依据___________________。(已知常温下NH3·H2O的Kb＝1.8×10－5；H2SO3的Ka1＝1.3×10－2，Ka2＝6.3×10－8)
[解析] (1)根据该反应的平衡常数表达式K＝，可知该反应为2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g) ΔH，将题给的三个热化学方程式依次编号为①、②、③，根据盖斯定律，由②×2－③－①得到2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g) ΔH＝－746.5 kJ·mol－1。(2)用烃催化还原NO气体以消除由此产生的污染，可知反应生成无污染的N2、CO2和H2O，根据得失电子守恒、原子守恒可写出并配平化学方程式。(3)①设起始通入的SO2为2a mol，O2为a mol，在A点时，O2转化了x mol，根据三段式法进行计算：
2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)
起始(mol) 2a a 0
转化(mol) 2x x 2x
A点时(mol) 2a－2x a－x 2x
在恒温恒容条件下，气体压强之比等于物质的量之比，故＝，解得x＝0.45a，则A点SO2的转化率α(SO2)＝×100%＝45%。②T1条件下，由A到B，反应趋向平衡，正反应速率逐渐减小，逆反应速率逐渐增大，B点时反应处于平衡状态，故vA(逆)<vB(逆)＝vB(正)。又由题图知，T2条件下反应先达到平衡，则T2>T1，由B到C，温度升高，反应速率加快，故vC(正)>vB(正)＝vB(逆)>vA(逆)。③设起始通入2b mol SO2，b mol O2，在B点反应达到平衡时O2转化了y mol，根据三段式法进行计算：
2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)
起始(mol) 2b b 0
转化(mol) 2y y 2y
平衡(mol) 2b－2y b－y 2y
在恒温恒容条件下，气体压强之比等于物质的量之比，故＝，解得y＝0.9b，
故Kp＝＝
＝24300(MPa)－1。(4)电解装置可将雾霾中的NO、SO2分别转化为NH和SO，结合原子守恒，可知电解的总反应的化学方程式为5SO2＋2NO＋8H2O(NH4)2SO4＋4H2SO4，则物质A的化学式为H2SO4；电解时，阳极上二氧化硫失电子生成硫酸根离子，则阳极的电极反应式是SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋。(5)NH水解生成了H＋和NH3·H2O，使溶液显酸性，而SO水解生成了OH－和HSO，使溶液显碱性，由于Kb(NH3·H2O)大于Ka2(H2SO3)，说明NH的水解程度小于SO的水解程度，故(NH4)2SO3溶液显碱性。
[答案] (1)2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g) ΔH＝－746.5 kJ·mol－1 (2)4CxHy＋(8x＋2y)NO4xCO2＋(4x＋y)N2＋2yH2O
(3)①45% ②> ③24300(MPa)－1
(4)①H2SO4 SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋
②5SO2＋2NO＋8H2O(NH4)2SO4＋4H2SO4
(5)溶液显碱性，Kb(NH3·H2O)大于Ka2(H2SO3)，SO的水解程度比NH大(其他合理解释也可)
2．(2019·太原一模)以天然气和二氧化碳为原料在工业上均可以合成甲醇。
(1)目前科学家正在研究将天然气直接氧化合成甲醇：CH4(g)＋O2(g)===CH3OH(g) ΔH＝－146 kJ·mol－1。已知该反应中相关化学键的键能数据如下：
化学键 | C—O | O===O | H—O | C—H |
E/(kJ·mol－1) | 343 | 498 | x | 413 |
由此计算x＝________。
(2)工业废气二氧化碳催化加氢也可合成甲醇：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)。在密闭容器中投入1 mol CO2和2.75 mol H2，在不同条件下发生反应，实验测得平衡时甲醇的物质的量随温度、压强的变化如图所示。
①该反应的ΔH________(填“>”“<”或“＝”，下同)。
②M、N两点的化学反应速率：v(N)________v(M)，判断理由是______________________________________________________。
③为提高CO2的转化率，除可以改变温度和压强外，还可采取的措施有______________、______________。
④若506℃时，在10 L密闭容器中反应，达平衡时恰好处于图中M点，则N点对应的平衡常数K＝________(结果保留两位小数)。
(3)煤的电化学脱硫是借助煤在电解槽发生的反应将煤中的FeS2转化为硫酸盐，达到净煤目的。在硫酸铁酸性电解液中首先发生反应FeS2＋2Fe3＋===3Fe2＋＋2S，然后在某一电极上发生两个电极反应，其中一个是使Fe3＋再生，则该电极为________极，该电极上的另一个电极反应式是________________________。(所用电极均为惰性电极)
(4)处理废水时，通入H2S(或加S2－)能使某些金属离子生成极难溶的硫化物而除去。25℃时，某废液中c(Mn2＋)＝0.02 mol·L－1，调节废液的pH使Mn2＋开始沉淀为MnS时，废液中c(H2S)＝0.1 mol·L－1，此时pH约为________。[已知：Ksp(MnS)＝5.0×10－14；H2S的电离常数Ka1＝1.5×10－7，Ka2＝6.0×10－15；lg6＝0.8]
[解析] (1)CH4(g)＋O2(g)===CH3OH(g) ΔH＝－146 kJ·mol－1，根据反应的焓变＝反应物总键能－生成物总键能，结合题表提供的化学键的键能数据，有4×413 kJ·mol－1＋×498 kJ·mol－1－(3×413 kJ·mol－1＋343 kJ·mol－1＋x kJ·mol－1)＝－146 kJ·mol－1，则x＝465。(2)①由题图可知，压强一定时，温度越高，CH3OH的物质的量越小，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，则正反应为放热反应，ΔH<0。②该反应为气体体积减小的反应，温度一定时，增大压强，平衡向正反应方向移动，甲醇的物质的量增大，故压强p1>p2，压强增大，反应速率也增大，所以v(N)<v(M)。③为提高CO2的转化率，除改变温度和压强外，还可采取的措施是增大氢气的浓度或将产物甲醇液化移去以使平衡右移。④平衡常数只与温度有关，506℃反应达平衡时处于M点，容器体积为10 L，结合M点的坐标可知，平衡时CH3OH的物质的量为0.25 mol，根据三段式法有：
K＝＝＝1.04。M、N点温度相同，平衡常数也相同，故N点对应的平衡常数为1.04。(3)根据电解池原理，阳极发生氧化反应，由Fe2＋生成Fe3＋发生氧化反应，则该电极为阳极；FeS2可转化为硫酸盐，则在该电极上硫单质发生氧化反应生成SO，其电极反应式为S＋4H2O－6e－===8H＋＋SO。(4)当Qc＝Ksp(MnS)时开始沉淀，所以c(S2－)＝＝ mol·L－1＝2.5×10－12 mol·L－1，H2S的电离常数Ka1＝1.5×10－7，Ka2＝6.0×10－15，Ka1×Ka2＝×＝＝1.5×10－7×6.0×10－15＝9.0×10－22，结合c(H2S)＝0.1 mol·L－1可知，c(H＋)＝6×10－6 mol·L－1，此时溶液的pH＝－lg(6×10－6)＝6－lg6＝6－0.8＝5.2。
[答案] (1)465 (2)①< ②< 温度不变时，由图中可判断压强p2<p1，压强越大，化学反应速率越快 ③将产物甲醇液化移去 增加H2的浓度 ④1.04 (3)阳 S＋4H2O－6e－===8H＋＋SO (4)5.2
