高考化学二轮专题复习专题跟踪检测24 化学反应原理综合题（含解析）

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(1)Deacn发明的直接氧化法为：4HCl(g)＋O2(g)===2Cl2(g)＋2H2O(g)。如图为刚性容器中，进料浓度比c(HCl)∶c(O2)分别等于1∶1、4∶1、7∶1时HCl平衡转化率随温度变化的关系：
可知反应平衡常数K(300 ℃)________K(400 ℃)(填“大于”或“小于”)。设HCl初始浓度为c0，根据进料浓度比c(HCl)∶c(O2)＝1∶1的数据计算K(400 ℃)＝__________________________________(列出计算式)。
按化学计量比进料可以保持反应物高转化率，同时降低产物分离的能耗。进料浓度比c(HCl)∶c(O2)过低、过高的不利影响分别是________、________。
(2)在一定温度的条件下，进一步提高HCl的转化率的方法是________。(写出2种)
解析：(1)由图像知，随着温度的升高，HCl的平衡转化率降低，所以4HCl(g)＋O2(g)===2Cl2(g)＋2H2O(g)的ΔH<0，升高温度平衡左移，则K(300 ℃)>K(400 ℃)。在温度一定的条件下，c(HCl)和c(O2)的进料比越大，HCl的平衡转化率越低，所以题图中自上而下三条曲线是c(HCl)∶c(O2)(进料浓度比)为1∶1、4∶1、7∶1时的变化曲线。当c(HCl)∶c(O2)＝1∶1时，列三段式：
4HCl(g) ＋ O2(g) === 2Cl2(g)＋2H2O(g)
起始浓度 c0 c0 0 0
转化浓度 0.84c0 0.21c0 0.42c0 0.42c0
平衡浓度 (1－0.84)c0 (1－0.21)c0 0.42c0 0.42c0
K(400 ℃)＝eq \f(0.42c02×0.42c02,1－0.844c\\al(4,0)×1－0.21c0)
＝eq \f(0.422×0.422,1－0.844×1－0.21c0)。
c(HCl)∶c(O2)过高时，HCl转化率较低；当c(HCl)∶c(O2)过低时，过量的O2和Cl2分离时能耗较高。
(2)由平衡移动的条件可知，为提高HCl的转化率，在温度一定的条件下，可以增大反应体系的压强，增加O2的量，或者及时除去产物。
答案：(1)大于 eq \f(0.422×0.422,1－0.844×1－0.21c0) O2和Cl2分离能耗较高 HCl转化率较低 (2)增加反应体系压强、及时除去产物
2．NOx的排放主要来自于汽车尾气，包含NO2和NO，有人提出用活性炭对NOx进行吸附，发生反应如下：
反应a：C(s)＋2NO(g)N2(g)＋CO2(g) ΔH＝－34.0 kJ·ml－1
反应b：2C(s)＋2NO2(g)N2(g)＋2CO2(g) ΔH＝－64.2 kJ·ml－1
(1)对于反应a，在T1 ℃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，NO的平均反应速率v(NO)＝________，当升高反应温度，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．加入一定量的活性炭 B．通入一定量的NO
C．适当缩小容器的体积 D．加入合适的催化剂
(2)某实验室模拟反应b，在密闭容器中加入足量的C和一定量的NO2气体，维持温度为T2 ℃，如图为不同压强下反应b经过相同时间NO2的转化率随着压强变化的示意图。请从动力学角度分析，1 050 kPa前，反应b中NO2转化率随着压强增大而增大的原因____________________；在1 100 kPa时，NO2的体积分数为________。
(3)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T2 ℃、1.1×106 Pa时，该反应的化学平衡常数Kp＝________(用计算表达式表示)；已知：气体分压(p分)＝气体总压(p总)×体积分数。
解析：(1)①对于反应a，由表数据得到0～10 min内，NO的平均反应速率v(NO)＝eq \f(Δc,Δt)＝eq \f(1.00－0.58ml·L－1,10 min)＝0.042 ml·L－1·min－1，由于该反应的正反应为放热反应，所以升高温度，化学平衡向吸热的逆反应方向移动，故化学平衡常数减小；
②30 min后，只改变某一条件，反应重新达到平衡，C(s)＋2NO(g)N2(g)＋CO2(g)，依据表中数据分析，平衡状态物质浓度增大，依据平衡常数计算K＝eq \f(cN2·cCO2,c2NO)＝eq \f(0.30×0.30,0.402)＝eq \f(9,16)，改变条件后K′＝eq \f(0.36×0.36,0.482)＝eq \f(9,16)，平衡常数不变，说明改变的条件一定不是温度；依据数据分析，氮气浓度增大，二氧化碳和一氧化氮浓度增大，反应前后气体体积不变，所以可能是减小容器体积或加入一定量一氧化氮；加入一定量的活性炭，炭是固体物质，对化学平衡无影响，平衡不移动，A错误；通入一定量的NO，新平衡状态下物质平衡浓度增大，B正确；适当缩小容器的体积，反应前后体积不变，平衡状态物质浓度增大，C正确；加入合适的催化剂，催化剂只改变化学反应速率，不能使化学平衡移动，D错误。
(2) 1 050 kPa前反应未达平衡状态，增大压强，物质的浓度增大，反应速率加快，NO2转化率提高，在1 100 kPa时二氧化氮转化率为40%，设通入二氧化氮2 ml，
2C(s)＋2NO2(g)N2(g)＋2CO2(g)
起始量 2 0 0
变化量 2×40%＝0.8 0.4 0.8
平衡量 1.2 0.4 0.8
NO2的体积分数＝eq \f(1.2,1.2＋0.4＋0.8)×100%＝50%；
(3)在1 100 kPa时二氧化氮转化率为40%，结合三段式法，设通入二氧化氮1 ml，
2C(s)＋2NO2(g)N2(g)＋2CO2(g)
起始量 1 0 0
变化量 1×40%＝0.4 0.2 0.4
平衡量 0.6 0.2 0.4
气体总物质的量＝1.2 ml,
Kp＝eq \f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(0.4,1.2)×1.1×106))2×\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(0.2,1.2)×1.1×106)),\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(0.6,1.2)×1.1×106))2)
＝eq \f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(0.4,1.2)))2×\f(0.2,1.2),\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(0.6,1.2)))2)×1.1×106。
答案：(1)①0.042 ml·L－1·min－1 减小 ②BC
(2)1 050 kPa前反应未达平衡状态，随着压强增大，反应速率加快，NO2转化率提高 50%
(3)eq \f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(0.4,1.2)))2×\f(0.2,1.2),\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(0.6,1.2)))2)×1.1×106或eq \f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,3)))2×\f(1,6),\f(1,4))×1.1×106
3．高炉炼铁产生的高炉气中含有CO、H2、CO2等气体，利用CO和H2在催化剂作用下合成甲醇，是减少污染、节约能源的一种新举措，反应原理为CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH。在体积不同的两个恒容密闭容器中分别充入1 ml CO和2 ml H2，测得平衡混合物中CH3OH的体积分数在不同压强下随温度的变化如图所示。
(1)在如图A、B、C三点中，选填下表物理量对应最大的点。
(2)在300 ℃时，向C点平衡体系中再充入0.25 ml CO、0.5 ml H2和0.25 ml的CH3OH，该反应______(填“向正反应进行”“向逆反应进行”或“不移动”)。
(3)一定温度下，CO的转化率与起始投料比eq \f(nH2,nCO)的变化关系如图所示，测得D点氢气的转化率为40%，则x＝________。
解析：(1)CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)是气体分子数减小的反应，在温度不变的条件下，增大压强，平衡正向移动，CH3OH(g)的体积分数增大，所以p2>p1。A、B、C三点中，C点的压强大、温度最高，所以反应速率v最大；A、B两点温度相同，所以平衡常数K相等，由题图知，升高温度，CH3OH(g)的体积分数减小，说明该反应是放热反应，则升高温度，平衡常数K减小，故平衡常数K：A＝B>C；A点CH3OH(g)的体积分数最大，故A点的平衡转化率α最大。
(2)设发生转化的CO为x ml，
CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)
起始/ml 1 2 0
转化/ml x 2x x
平衡/ml 1－x 2－2x x
则有：eq \f(x,1－x＋2－2x＋x)×100%＝50%，解得x＝0.75。
此时平衡时，n(CO)＝0.25 ml，n(H2)＝0.5 ml，n(CH3OH)＝0.75 ml，再加入0.25 ml CO,0.5 ml H2,0.25 ml CH3OH时，CH3OH相对量减小，平衡右移，即向正反应进行。
(3)设n(CO)＝1 ml，n(H2)＝x ml
CO(g)＋2H2(g)CH3OH
n(始)/ml 1 x 0
Δn/ml 0.6 0.4x 0.6
根据反应计量关系：eq \f(0.6,0.4x)＝eq \f(1,2)，x＝3。
答案：(1)C AB A (2)向正反应进行 (3)3
4．(1)在恒容密闭容器中，加入足量的MS2和O2，仅发生反应：2MS2(s)＋7O2(g)2MO3(s)＋4SO2(g) ΔH。测得氧气的平衡转化率与起始压强、温度的关系如图所示：
①ΔH________(填“>”“<”或“＝”)0；比较p1、p2、p3的大小：________。
②若初始时通入7.0 ml O2，p2为7.0 kPa，则A点平衡常数Kp＝________(用气体平衡分压代替气体平衡浓度计算。分压＝总压×气体的物质的量分数，写出计算式即可)。
(2)化工原料异丁烯(C4H8)可由异丁烷(C4H10)直接催化脱氢制备：C4H10(g)C4H8(g)＋H2(g) ΔH＝＋139 kJ·ml－1。目前，异丁烷催化脱氢制备异丁烯的研究热点是催化活性组分以及载体的选择。下表是以VFeKO为催化活性物质，反应时间相同时，测得的不同温度、不同载体条件下的数据。
说明：收率＝eq \f(生产目标产物的原料量,原料的进料量)×100%
①由上表数据，可以得到的结论是________(填字母)。
a．载体会影响催化剂的活性
b．载体会影响催化剂的选择性
c．载体会影响化学平衡常数
②分析以γAl2O3为载体时异丁烯收率随温度变化的可能原因：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)①升温，α减小，ΔH<0，α越大，气体量越小，p越小，故压强p1②2MS2(s)＋7O2(g)2MO3(s)＋4SO2(g)
7 0
3.5 2
3.5 2
又eq \f(p0,p平)＝eq \f(7,5.5)，p平＝5.5 kPa，Kp＝eq \f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(2,5.5)×5.5))4,\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(3.5,5.5)×5.5))7)(kPa)－3。
(2)①由表中数据可知，温度相同时，载体不同，异丁烷的转化率不同，异丁烯的收率也不同，说明载体会影响催化剂的活性及选择性，a、b项正确；平衡常数只与温度有关，与催化剂、载体均无关，c项错误。②由表中数据可知，以γAl2O3为载体时，当温度不高于590 ℃时，随温度升高，异丁烯的收率增加，其原因可能是催化剂活性增加，反应速率加快；当温度高于590 ℃时，再升高温度，异丁烷的转化率继续升高，但异丁烯的收率下降，其原因可能是催化剂的选择性下降，发生副反应的异丁烷的比例增加。
答案：(1)①< p3>p2>p1 ②eq \f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(2,5.5)×5.5))4,\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(3.5,5.5)×5.5))7)(kPa)－3
(2)①ab ②催化剂活性受温度影响，590 ℃为最适温度；温度升高，可能有副产物产生
5．航天员呼吸产生的CO2用下列反应处理，可实现空间站中O2的循环利用。
Sabatier反应：CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g)
水电解反应：2H2O(l)2H2(g)＋O2(g)
(1)将原料气按n(CO2)∶n(H2)＝1∶4置于恒容密闭容器中发生Sabatier反应，测得H2O(g)的物质的量分数与温度的关系如图所示(虚线表示平衡曲线)。
①请将a、b、c三点的逆反应速率va、vb、vc由大到小排序：________；
②当温度高于380 ℃时，H2O(g)的物质的量分数随温度升高而降低的原因是____________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)一种新的循环利用方案是用Bsch反应CO2(g)＋2H2(g)C(s)＋2H2O(g) ΔH代替Sabatier反应，再通过电解水实现O2的循环利用。
Ⅰ.①已知：CO2(g)和H2O(g)的生成焓分别为－394 kJ·ml－1、－242 kJ·ml－1，则ΔH＝________kJ·ml－1(生成焓是一定条件下，由某元素对应最稳定单质生成标准状况下1 ml纯物质的热效应)。
②若要此反应自发进行，________(填“高温”或“低温”)条件下更有利。
③Bsch反应必须在高温下才能启动，原因是________________________________
________________________________________________________________________。
Ⅱ.350 ℃时，向容积为2 L的恒容密闭容器中通入8 ml H2和4 ml CO2发生以上反应。若反应起始和平衡时温度相同(均为350 ℃)，测得反应过程中压强随时间的变化如表所示：
①350 ℃时Bsch反应的Kp＝________(Kp为用气体的平衡分压表示的平衡常数，分压＝气体的体积分数×体系总压)
②Bsch反应的速率方程：v正＝k正·c(CO2)·c2(H2)，v逆＝k逆·c2(H2O)(k是速率常数，只与温度有关)。30 min时，eq \f(k正,k逆)________eq \f(c2H2O,cCO2·c2H2)(填“>”“<”或“＝”，下同)；升高温度，k正增大的倍数________k逆增大的倍数。
解析：(1)①根据温度对反应速率的影响可知，温度越高反应速率越大，可得a、b、c三点的逆反应速率：vc>vb>va。②温度升高，平衡时H2O(g)的物质的量分数减小，可知该反应的正反应是放热反应，故升高温度，平衡会向着逆反应方向移动，导致H2O(g)的物质的量分数随温度升高而降低。
(2)Ⅰ.①由题知可得反应a.C(s)＋O2(g)===CO2(g)
ΔH1＝－394 kJ·ml－1、反应b.H2(g)＋eq \f(1,2)O2(g)===H2O(g) ΔH2＝－242 kJ·ml－1，根据盖斯定律，2×b－a可得反应CO2(g)＋2H2(g)C(s)＋2H2O(g)ΔH＝2ΔH2－ΔH1＝2×(－242 kJ·ml－1)－(－394 kJ·ml－1)＝－90 kJ· ml－1。②若反应CO2(g)＋2H2(g)C(s)＋2H2O(g)能自发进行，则要使ΔH－TΔS<0，由上述分析可知该反应的ΔH<0，且该反应正向进行时气体的物质的量减少，即ΔS<0，要使ΔH－TΔS<0，则反应的温度(T)要较低，即在低温条件下更有利。③反应要进行首先要使普通分子吸收能量转变为活化分子，由反应物分子转变为活化分子所需的最小能量也就是该反应所需的活化能，由于该反应所需的活化能较高，则反应启动所需的能量较高。
Ⅱ.①由表中数据可知反应起始与平衡时压强之比为6∶5，且恒温恒容时压强之比等于气体的物质的量之比，故平衡时气体总物质的量为eq \f(5,6)×(8＋4)＝10 ml，设反应达到平衡状态消耗CO2的物质的量为x ml，列出三段式进行计算：
CO2(g)＋2H2(g)C(s)＋2H2O(g)
起始量/ml 4 8 0
转化量/ml x 2x 2x
平衡量/ml 4－x 8－2x 2x
由上述分析可得：4－x＋8－2x＋2x＝10，解得x＝2，则平衡时各气体的分压：peq \a\vs4\al(CO2)＝20%p总，peq \a\vs4\al(H2)＝40%p总，peq \a\vs4\al(H2O)＝40%p总，平衡时的总压p总＝5.00p，Kp＝eq \f(p\\al(2,)eq \a\vs4\al(H2O),p\a\vs4\al(CO2)·p\\al(2,)eq \a\vs4\al(H2))＝eq \f(40%×5.00p2,20%×5.00p×40%×5.00p2)＝eq \f(1,p)。②由表中数据可知30 min时反应还在朝着正反应方向进行，即v正>v逆，根据题中所给速率方程可得eq \f(k正,k逆)＝eq \f(c2H2O,cCO2·c2H2)×eq \f(v正,v逆)，由于v正>v逆，故eq \f(k正,k逆)>eq \f(c2H2O,cCO2·c2H2)；由Ⅰ中①可知该反应的正反应为放热反应，故升高温度，平衡逆向移动，v正答案：(1)①vc>vb>va ②此反应正向放热，温度升高，平衡逆向移动
(2)Ⅰ.①－90 ②低温 ③反应的活化能高
Ⅱ.①eq \f(1,p) ②> <
6．(2020·临沂一模)在钯基催化剂表面上，甲醇制氢的反应历程如图所示，其中吸附在钯催化剂表面上的物种用*标注。
(1)CH3OH(g)CO(g)＋2H2(g)的ΔH＝________kJ·ml－1；该历程中最大能垒(活化能)E正＝________kJ·ml－1，写出该步骤的化学方程式：________________________________________________________________________。
(2)在一定温度下，CO和H2混合气体发生反应：
CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)，净反应速率v＝v正－v逆＝k正c(CO)·c2(H2)－k逆c(CH3OH)，k正、k逆分别为正、逆反应速率常数。达到平衡后，若加入高效催化剂，eq \f(v正,v逆)将__________(填“增大”“减小”或“不变”，下同)；若升高温度，eq \f(k正,k逆)将__________。
(3)353 K时，在刚性容器中充入CH3OH(g)，发生反应：CH3OH(g)CO(g)＋2H2(g)。体系的总压强p随时间t的变化如表所示：
①若升高反应温度至373 K，则CH3OH(g)分解后体系压强p∞(373 K)__________121.2 kPa(填“大于”“等于”或“小于”)，原因是________________________________________________________________________。
②353 K时，该反应的平衡常数Kp＝________(kPa)2(Kp为以分压表示的平衡常数，计算结果保留1位小数)。
解析：(1)根据图像显示，甲醇的相对能量为0，生成物相对能量为97.9 kJ·ml－1，根据ΔH＝生成物总能量－反应物总能量，则CH3OH(g)CO(g)＋2H2(g)的ΔH＝＋97.9 kJ·ml－1；根据图像可以看出，CO*＋4H*===CO*＋2H2(g)[或4H*===2H2(g)]反应历程中活化能E正最大为113.9 kJ·ml－1－(－65.7 kJ·ml－1)＝179.6 kJ·ml－1。
(2)平衡时正逆反应速率相等，即v正＝v逆，则eq \f(v正,v逆)＝1，净反应速率v＝v正－v逆＝k正c(CO)·c2(H2)－k逆c(CH3OH)＝0，则该反应的平衡常数K＝eq \f(cCH3OH,cCO·c2H2)＝eq \f(k正,k逆)，催化剂可加快反应速率，但不影响平衡移动，正逆反应速率仍相等则eq \f(v正,v逆)不变；根据(1)中分析CH3OH(g)CO(g)＋2H2(g)的正反应为吸热反应，则CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)的正反应为放热反应，升高温度反应逆向移动，平衡常数K减小，则eq \f(k正,k逆)将减小。
(3)①反应CH3OH(g)CO(g)＋2H2(g)的正反应为气体体积增大的吸热反应，温度升高，平衡右移，气体物质的量增加，容器体积不变，总压强变大，则升高反应温度至373 K，则CH3OH(g)分解后体系压强p∞(373 K)大于121.2 kPa；
②353 K时，初始时平衡体系总压强为101.2 kPa，平衡时体系总压强为121.2 kPa，设初始投入CH3OH(g)为1 ml，平衡时消耗CH3OH(g)的物质的量为x。
CH3OH(g)CO(g)＋2H2(g)
始/ml 1 0 0
变/ml x x 2x
平/ml 1－x x 2x
根据相同条件下，物质的量之比等于压强之比，则eq \f(1,1－x＋2x＋x)＝eq \f(101.2 kPa,121.2 kPa)，解得x＝eq \f(1,10.12) ml，则平衡时，H2的物质的量为eq \f(1,5.06) ml，CH3OH的物质的量为eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(1－\f(1,10.12))) ml，CO的物质的量为eq \f(1,10.12) ml，平衡时的总物质的量为eq \f(6.06,5.06) ml，该反应的平衡常数
Kp＝eq \f(p2H2·pCO,pCH3OH)
＝eq \f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(121.2 kPa×\f(\a\vs4\al(\f(1,5.06)),\f(6.06,5.06))))2×121.2 kPa×\f(\a\vs4\al(\f(1,10.12)),\f(6.06,5.06)),121.2 kPa×\f(1－\f(1,10.12),\f(6.06,5.06)))
≈43.9(kPa)2。
答案：(1)＋97.9 179.6 CO*＋4H*===CO*＋2H2(g)或4H*===2H2(g) (2)不变减小 (3)①大于 CH3OH(g)CO(g)＋2H2(g)的正反应为气体体积增大的吸热反应，温度升高，平衡右移，气体物质的量增加，容器体积不变，总压强变大 ②43.9
时间/min
浓度/(ml·L－1)
0
10
20
30
40
50
NO
1.00
0.58
0.40
0.40
0.48
0.48
N2
0
0.21
0.30
0.30
0.36
0.36
反应速率v：
平衡常数K：
平衡转化率α：
________
________
_______
温度/ ℃
570
580
590
600
610
以γAl2O3为载体
异丁烷转化率/%
36.41
36.49
38.42
39.23
42.48
异丁烯收率/%
26.17
27.11
27.51
26.56
26.22
以TiO2
为载体
异丁烷转化率/%
30.23
30.87
32.23
33.63
33.92
异丁烯收率/%
25.88
27.39
28.23
28.81
29.30
时间/min
0
10
20
30
40
50
60
压强
6.00p
5.60p
5.30p
5.15p
5.06p
5.00p
5.00p
t/min
0
5
10
15
20
∞
p/kPa
101.2
107.4
112.6
116.4
118.6
121.2