2023版新教材高考化学微专题小练习专练39化学反应原理综合题

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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1ml 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·ml－1
Ⅱ.CO(g)＋H2O(g)⇌CO2(g)＋H2(g)ΔH2＝－41.1 kJ·ml－1
①下列说法正确的是________；
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 eq \f(2,3)
D．将炭块粉碎，可加快反应速率
②反应平衡时，H2O(g)的转化率为50%，CO的物质的量为0.1 ml。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 eq \\al(\s\up11(2－),\s\d4(3)) )∶c(HCO eq \\al(\s\up11(－),\s\d4(3)) )＝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________________________________。
2．[2022·全国乙卷]油气开采、石油化工、煤化工等行业废气普遍含有的硫化氢，需要回收处理并加以利用。回答下列问题：
(1)已知下列反应的热化学方程式：
①2H2S(g)＋3O2(g)===2SO2(g)＋2H2O(g) ΔH1＝－1 036 kJ·ml－1
②4H2S(g)＋2SO2(g)===3S2(g)＋4H2O(g) ΔH2＝94 kJ·ml－1
③2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g) ΔH3＝－484 kJ·ml－1
计算H2S热分解反应④2H2S(g)===S2(g)＋2H2(g)的ΔH4＝________ kJ·ml－1。
(2)较普遍采用的H2S处理方法是克劳斯工艺，即利用反应①和②生成单质硫。另一种方法是，利用反应④高温热分解H2S。相比克劳斯工艺，高温热分解方法的优点是______________________，缺点是____________。
(3)在1 470 K、100 kPa反应条件下，将n(H2S)∶n(Ar)＝1∶4的混合气进行H2S热分解反应。平衡时混合气中H2S与H2的分压相等，H2S平衡转化率为________，平衡常数Kp＝________ kPa。
(4)在1 373 K、100 kPa反应条件下，对于n(H2S)∶n(Ar)分别为4∶1、1∶1、1∶4、1∶9、1∶19的H2S­Ar混合气，热分解反应过程中H2S转化率随时间的变化如下图所示。
①n(H2S)∶n(Ar)越小，H2S平衡转化率________，理由是______________________________。
②n(H2S)∶n(Ar)＝1∶9对应图中曲线________，计算其在0～0.1 s之间，H2S分压的平均变化率为________ kPa·s－1。
3．[2021·广东卷]我国力争于2030年前做到碳达峰，2060年前实现碳中和。CH4与CO2重整是CO2利用的研究热点之一。该重整反应体系主要涉及以下反应：
a)CH4(g)＋CO2(g)⇌2CO(g)＋2H2(g) ΔH1
b)CO2(g)＋H2(g)⇌CO(g)＋H2O(g) ΔH2
c)CH4(g)⇌C(s)＋2H2(g) ΔH3
d)2CO(g)⇌CO2(g)＋C(s) ΔH4
e)CO(g)＋H2(g)⇌H2O(g)＋C(s) ΔH5
(1)根据盖斯定律，反应a的ΔH1＝________(写出一个代数式即可)。
(2)上述反应体系在一定条件下建立平衡后，下列说法正确的有________。
A．增大CO2与CH4的浓度，反应a、b、c的正反应速率都增加
B．移去部分C(s)，反应c、d、e的平衡均向右移动
C．加入反应a的催化剂，可提高CH4的平衡转化率
D．降低反应温度，反应a～e的正、逆反应速率都减小
(3)一定条件下，CH4分解形成碳的反应历程如图1所示。该历程分________步进行，其中，第________步的正反应活化能最大。
(4)设K eq \\al(\s\up11(r),\s\d4(p)) 为相对压力平衡常数，其表达式写法：在浓度平衡常数表达式中，用相对分压代替浓度。气体的相对分压等于其分压(单位为kPa)除以p0(p0＝100 kPa)。反应a、c、e的ln K eq \\al(\s\up11(r),\s\d4(p)) 随 eq \f(1,T) (温度的倒数)的变化如图2所示。
①反应a、c、e中，属于吸热反应的有________(填字母)。
②反应c的相对压力平衡常数表达式为K eq \\al(\s\up11(r),\s\d4(p)) ＝________。
③在图2中A点对应温度下、原料组成为n(CO2)∶n(CH4)＝1∶1、初始总压为100 kPa 的恒容密闭容器中进行反应，体系达到平衡时H2的分压为40 kPa。计算CH4的平衡转化率，写出计算过程：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(5)CO2用途广泛，写出基于其物理性质的一种用途：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
专练44 化学反应原理综合题
1．答案：（1）①BD ②吸收 31.2 0.02 MPa
（2）①10 ②2HCO eq \\al(\s\up11(－),\s\d4(3)) eq \(=====,\s\up7(△)) H2O＋CO2↑＋CO eq \\al(\s\up11(2－),\s\d4(3))
③2CO2＋12H＋＋12e－===C2H4＋4H2O
解析：（1）①平衡时向容器中充入惰性气体，各物质浓度不变，反应Ⅰ的平衡不移动，A错误；C（s）在反应过程中转化成气体，气体质量增大，使气体密度增大，直至反应达到平衡，B正确；由Ⅰ＋Ⅱ得C（s）＋2H2O（g）⇌CO2（g）＋2H2（g），当该反应进行到底时，H2的体积分数为 eq \f(2,3) ，但可逆反应不可能进行到底，故C错误；将炭块粉碎，增大了炭与水蒸气的接触面积，可加快反应速率，D正确。②设反应达到平衡时，反应Ⅰ消耗x ml H2O（g）、反应Ⅱ消耗y ml H2O（g），由题中信息可得：
Ⅰ.C（s）＋H2O（g）⇌CO（g）＋H2（g）
起始量/ml: 1 0 0
变化量/ml: xxx
Ⅱ.CO（g）＋H2O（g）⇌CO2（g）＋H2（g）
变化量/ml: yyyy
平衡量/ml: x－y 1－x－yyx＋y
则x＋y＝50%×1、x－y＝0.1，解得x＝0.3、y＝0.2，故整个体系的热量变化为＋131.4 kJ·ml－1×0.3 ml－41.1 kJ·ml－1×0.2 ml＝＋31.2 kJ（吸收热量）。平衡时气体总物质的量是1.3 ml，总压强为0.26 MPa，故反应Ⅰ的平衡常数Kp＝ eq \f(p（CO）·p（H2）,p（H2O）) ＝ eq \f(\f(0.1,1.3)×0.26 MPa×\f(0.5,1.3)×0.26 MPa,\f(0.5,1.3)×0.26 MPa) ＝0.02 MPa。
（2）①由Ka2＝ eq \f(c（CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) ）·c（H＋）,c（HCO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) ）) ＝5.0×10－11、c（CO eq \\al(\s\up11(2－),\s\d4(3)) ）∶c（HCO eq \\al(\s\up11(－),\s\d4(3)) ）＝1∶2，可得c（H＋）＝1.0×10－10ml·L－1，pH＝－lg c（H＋）＝10。②再生塔中产生CO2的同时生成K2CO3，说明KHCO3在水蒸气加热条件下发生分解反应。③由题意知，CO2在阴极得到电子生成C2H4，图中质子交换膜提示有H＋参与反应，故阴极反应式为2CO2＋12H＋＋12e－===C2H4＋4H2O。
2．答案：（1）＋170
（2）高温热分解能够获得H2，H2可作燃料，且副产物少能耗高
（3）50% 4.76
（4）①越高（或越大） H2S的热分解反应为气体分子数增大的反应，恒压条件下，不断充入Ar，导致H2S的分压降低，相当于减压，平衡正向移动，H2S的平衡转化率升高 ②d 24.9
解析：（1）根据盖斯定律可知，反应④＝（①＋②）÷3－③，即ΔH4＝（ΔH1＋ΔH2）÷3－ΔH3＝＋170 kJ·ml－1。（2）克劳斯工艺无法获取H2，且存在副产物SO2，高温热分解能够获得H2，H2可作燃料，且副产物少；高温热分解法的缺点是需要高温条件，能耗高。（3）设初始时H2S为1 ml，则Ar为4 ml，H2S转化了2x ml，列三段式：
2H2S（g）⇌S2（g）＋2H2（g）
初始量/ml: 1 0 0
转化量/ml: 2x x 2x
平衡量/ml: 1－2xx 2x
平衡时H2S与H2的分压相等，则n（H2S）＝n（H2），1－2x＝2x，可得x＝0.25，则H2S的平衡转化率＝ eq \f(0.25×2,1) ×100%＝50%，平衡时，n（H2S）＝n（H2）＝0.5 ml，n（S2）＝0.25 ml，此时容器中气体总物质的量为0.5 ml＋0.5 ml＋0.25 ml＋4 ml＝5.25 ml，则H2S（g）、S2（g）、H2（g）的分压分别为（100× eq \f(0.5,5.25) ） kPa、（100× eq \f(0.25,5.25) ） kPa、（100× eq \f(0.5,5.25) ） kPa，代入Kp＝ eq \f(p2（H2）×p（S2）,p2（H2S）) ，可得Kp≈4.76 kPa。（4）①n（H2S）∶n（Ar）越小，可理解为恒压条件下，不断充入Ar，导致H2S的分压降低，相当于进行减压操作，H2S的热分解反应为气体分子数增大的反应，减压时平衡正向移动，H2S的平衡转化率升高。②由①中分析知n（H2S）∶n（Ar）＝1∶9时的转化率仅低于n（H2S）∶n（Ar）＝1∶19时的转化率，故对应图中曲线d，0.1 s时，H2S的转化率为24%，设H2S、Ar初始量分别为1 ml、9 ml，列三段式：
2H2S（g）⇌S2（g）＋2H2（g）
初始量/ml: 1 0 0
变化量/ml: 0.24 0.12 0.24
0．1 s时/ml: 0.76 0.12 0.24
H2S的初始分压＝100× eq \f(1,1＋9) kPa＝10 kPa，0.1 s时，H2S的分压＝100× eq \f(0.76,0.76＋0.12＋0.24＋9) kPa≈7.51 kPa，则变化的H2S分压约为10 kPa－7.51 kPa＝2.49 kPa，故H2S分压的平均变化率为2.49 kPa÷0.1 s＝24.9 kPa·s－1。
3．答案：（1）ΔH3－ΔH4（或ΔH2＋ΔH3－ΔH5）
（2）AD
（3）4 4
（4）①ac ② eq \f(p2（H2）,p（CH4）·p0) ③由题图2中A点对应温度下反应c的ln K eq \\al(\s\up11(r),\s\d4(p)) ＝0，即K eq \\al(\s\up11(r),\s\d4(p)) ＝ eq \f(p2（H2）,p（CH4）·p0) ＝1，p（CH4）＝ eq \f(p2（H2）,p0) ＝ eq \f(（40 kPa）2,100 kPa) ＝16 kPa，p初始（CH4）＝100 kPa× eq \f(1,2) ＝50 kPa，CH4的平衡转化率为 eq \f(50 kPa－16 kPa,50 kPa) ×100%＝68%
（5）干冰做制冷剂、人工降雨等（合理即可）
解析：（1）由题给反应方程式可知，反应a可由反应c－d或反应b＋c－e得到，故根据盖斯定律，ΔH1＝ΔH3－ΔH4或ΔH1＝ΔH2＋ΔH3－ΔH5。（2）增大CO2的浓度，反应a、b的正反应速率增加；增大CH4的浓度，反应a、c的正反应速率增加，A正确。由于C（s）是固体，移去部分C（s），平衡不移动，B错误。催化剂只能改变反应速率，不影响化学平衡移动，则不能提高CH4的平衡转化率，C错误。降低反应温度，正、逆反应速率均减小，D正确。故选AD。（3）由题图1可知，反应分为CH4 eq \(――→,\s\up7(1)) CH3＋H eq \(――→,\s\up7(2)) CH2＋2H eq \(――→,\s\up7(3)) CH＋3H eq \(――→,\s\up7(4)) C＋4H 4个步骤，其中第4步的正反应活化能最大。（4）①由题图2可知，反应a、c的K eq \\al(\s\up11(r),\s\d4(p)) 随T升高而增大，故a、c均为吸热反应。反应e的K eq \\al(\s\up11(r),\s\d4(p)) 随T升高而减小，故e为放热反应。②由于C（s）是固体，因此反应c的相对压力平衡常数表达式为K eq \\al(\s\up11(r),\s\d4(p)) ＝ eq \f(\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(p（H2）,p0)))\s\up12(2),\f(p（CH4）,p0)) ＝ eq \f(p2（H2）,p（CH4）·p0) 。③由题图2可知，A点对应温度下反应c的ln K eq \\al(\s\up11(r),\s\d4(p)) ＝0，即K eq \\al(\s\up11(r),\s\d4(p)) ＝ eq \f(p2（H2）,p（CH4）·p0) ＝1，p（CH4）＝ eq \f(p2（H2）,p0) ＝ eq \f(（40 kPa）2,100 kPa) ＝16 kPa，根据反应条件，可知二氧化碳与甲烷物质的量之比等于压强之比，则p初始（CH4）＝ eq \f(1,1＋1) ×100 kPa＝50 kPa，则CH4的平衡转化率为 eq \f(50 kPa－16 kPa,50 kPa) ×100%＝68%。（5）CO2经加压、降温可转化为干冰，干冰常用于制冷剂、人工降雨等。