高考化学二轮复习专项分层特训练38含答案

这是一份高考化学二轮复习专项分层特训练38含答案，共10页。试卷主要包含了6×10－7，Ka2＝5，8 kJ·ml－1、1 411，8 ℃、4　81，8　低温　a等内容，欢迎下载使用。

（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\up1(2－),\s\d1(3)) ）∶c（HCO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(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④
2H2S（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.[2022·广东普通高中质量测评]水煤气变换反应主要应用在以煤、石油和天然气为原料的制氢工业和合成氨工业中，我国学者破解了低温下高转化率与高反应速率不能兼得的难题。回答下列问题：
（1）通过计算机模拟，我国学者研究了在金催化剂表面上水煤气变换的反应历程，如图甲所示，*代表吸附在催化剂表面。由图甲可知，水煤气变换反应的ΔH 0（填“>”“<”或“＝”），该历程中反应速率最慢一步的化学方程式是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（2）对于水煤气变换反应：CO（g）＋H2O（g）⇌CO2（g）＋H2（g） ΔH，下列说法正确的是 （填序号）。
A．升高温度，反应速率加快，平衡转化率增大
B．压缩容器容积增大压强，反应速率加快，CO的平衡转化率不变
C．水碳比[即原料气中 eq \f(n（H2O）,n（CO）) ]越大，反应速率一定越快
D．使用合适的催化剂，反应热不变，可加快反应速率
（3）对于变换反应，图乙曲线表示在其他条件一定时反应速率与温度的关系，x为CO的转化率，其中最佳反应温度曲线为不同转化率下最大反应速率与温度的关系，则x最大的是 ，理由是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________；
为使反应过程速率最快，操作温度应随着反应进程沿着最佳温度曲线 （填“升高”或“降低”）。
（4）变换反应的平衡受多种因素影响，图丙曲线表示CO平衡转化率与温度和水碳比的关系，则最佳的温度和水碳比是 ，图丙中A点对应的平衡常数为 。
4.[2022·四川德阳质检]“碳达峰、碳中和”的关键在于如何资源化利用CO2。回答下列问题：Ⅰ.CO2催化加氢制CH2===CH2主反应为2CO2（g）＋6H2（g）⇌C2H4（g）＋4H2O（g） ΔH。
已知：H2、C2H4的燃烧热分别为285.8 kJ·ml－1、1 411.0 kJ·ml－1；
H2O（l）⇌H2O（g） ΔH＝＋44.0 kJ·ml－1。
（1）ΔH＝ kJ·ml－1，该反应在 （填“高温”“低温”或“任何温度”）下能自发进行。
（2）该反应的速率表达式为v正＝k正c2（CO2）·c6（H2），v逆＝k逆c（C2H4）·c4（H2O），其中k正、k逆为速率常数。其他条件不变时，速率常数k与温度的关系如图甲，其中表示k正的曲线是 （填序号）。
Ⅱ.CO2­CH4重整制CO主反应为
CO2（g）＋CH4（g）⇌2CO（g）＋2H2（g） ΔH>0。
在p MPa时，将CO2和CH4按物质的量之比为1∶1充入密闭容器中，分别在无催化剂及ZrO2催化下反应相同时间，测得CO2的转化率与温度的关系如图乙所示：
（3）a点CO2转化率相等的原因是________________________________________________________________________。
（4）在p MPa、900 ℃、ZrO2催化条件下，将CO2、CH4、H2O（g）按物质的量之比为1∶1∶n充入密闭容器，CO2的平衡转化率α大于50%，解释说明原因：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________，
此时平衡常数Kp＝ （以分压表示，分压＝总压×物质的量分数；写出含α、n、p的计算表达式）。
Ⅲ.CO2电化学还原制HCOOH
（5）一种CO2电化学制甲酸的装置如图丙所示，电极a为 极（填“正”或“负”），写出电极b的电极反应式：________________________________________________________________________
。
练38 化学反应原理的综合应用
1．答案：（1）①BD ②吸收 31.2 0.02 MPa
（2）①10 ②2HCO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) eq \(=====,\s\up7(△)) H2O＋CO2↑＋CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(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: x x x
Ⅱ.CO（g）＋H2O（g）⇌CO2（g）＋H2（g）
变化量/ml: y y y y
平衡量/ml: x－y 1－x－y y x＋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\up1(2－),\s\d1(3)) ）∶c（HCO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(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: 1－2x x 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）< COOH*＋H*＋H2O*===COOH*＋2H*＋OH*
（2）BD
（3）x1 在其他条件一定时，转化率越大，反应物浓度越小，反应速率越慢 降低
（4）326.8 ℃、4 81
解析：（1）根据图甲，CO、H2O的总能量大于CO2、H2的总能量，所以该反应放热，水煤气变换反应的ΔH<0；活化能越大，速率越慢，该历程中反应速率最慢一步的化学方程式是COOH*＋H*＋H2O*===COOH*＋2H*＋OH*。
（2）CO（g）＋H2O（g）⇌CO2（g）＋H2（g）正反应放热，升高温度，反应速率加快，平衡逆向移动，平衡转化率减小，A错误；反应前后气体物质的量不变，压缩容器容积增大压强，反应速率加快，平衡不移动，CO的平衡转化率不变，B正确；水碳比[即原料气中 eq \f(n（H2O）,n（CO）) ]大，浓度不一定大，所以反应速率不一定快，C错误；使用合适的催化剂，能降低反应活化能，但不能改变反应热，可加快反应速率，D正确。
（3）在其他条件一定时，温度和反应物的浓度影响反应速率，相同温度下，转化率越大，反应物浓度越低，反应速率越慢，故x1最大。若操作温度随着反应进程能沿着最佳温度曲线由高温向低温变化，则整个过程速率最快，可以在最短时间内达到较高转化率。
（4）该反应水碳比越大，CO平衡转化率越大，由图丙可知，当反应温度为326.8 ℃，水碳比为4时，CO平衡转化率较大，为98%，为在较低温度和节省原料条件下进行该反应，最佳温度和水碳比分别为326.8 ℃、4；A点，初始水碳比为1，设初始投料CO和H2O的物质的量为n ml，由图丙可知A点时CO的平衡转化率为90%，则平衡时反应物各为0.1n ml，生成物为0.9n ml，故平衡常数为 eq \f(0.9n×0.9n,0.1n×0.1n) ＝81。
4．答案：（1）－127.8 低温 （2）a
（3）a点所处温度下催化剂失去活性
（4）充入了不参加反应的水蒸气，相当于减压，平衡向体积增大的方向移动，CO2的平衡转化率增大 eq \f(16p2α4,（2＋2α＋n）2（1－α）2)
（5）负 CO2＋2H＋＋2e－===HCOOH
解析：（1）①H2（g）＋ eq \f(1,2) O2（g）===H2O（l） ΔH＝－285.8 kJ·ml－1，②C2H4（g）＋3O2（g）===2H2O（l）＋2CO2（g） ΔH＝－1 411.0 kJ·ml－1，③H2O（l）⇌H2O（g） ΔH＝＋44.0 kJ·ml－1，根据盖斯定律：①×6－②＋③×4得2CO2（g）＋6H2（g）⇌C2H4（g）＋4H2O（g） ΔH＝－285.8 kJ·ml－1×6－（－1 411.0 kJ·ml－1）＋44.0 kJ·ml－1×4＝－127.8 kJ·ml－1，该反应ΔH<0，ΔS<0，要使ΔH－TΔS<0，则在低温下能自发进行。
（2）若其他条件不变，降低温度，反应速率降低，k正、k逆均减小，该反应是放热反应，降低温度，即 eq \f(1,T) 增大，平衡正向移动，所以k正减小的倍数小于k逆，其中表示k正的曲线是a。
（3）a点CO2转化率小于平衡转化率，说明a点时反应未达到平衡状态；相同温度下反应相同的时间，测得有无催化剂时转化率均相同，即此温度下催化剂已失活。
（4）CO2（g）＋CH4（g）⇌2CO（g）＋2H2（g）是气体体积增大的反应，在p MPa、900 ℃、ZrO2催化条件下，将CO2、CH4、H2O（g）按物质的量之比为1∶1∶n充入密闭容器，CO2的平衡转化率α大于50%，是因为充入了不参加反应的水蒸气，相当于给体系减压，平衡向气体体积增大的方向移动，CO2的平衡转化率增大。设充入CO2、CH4的物质的量为1 ml，列三段式
CO2（g）＋CH4（g）⇌2CO（g）＋2H2（g）
起始量/ml 1 1 0 0
转化量/ml α α 2α 2α
平衡量/ml 1－α 1－α 2α 2α
平衡时气体的总物质的量为（1－α＋1－α＋2α＋2α＋n）ml＝（2＋2α＋n） ml，
此时平衡常数Kp＝ eq \f(（p×\f(2α,2＋2α＋n)）2×（p×\f(2α,2＋2α＋n)）2,（p×\f(1－α,2＋2α＋n)）2) ＝ eq \f(16p2α4,（2＋2α＋n）2（1－α）2) 。
（5）由图丙可知，电极a上发生氧化反应2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，电极a为负极，b是正极，发生还原反应，二氧化碳被还原生成甲酸，电极反应式为CO2＋2H＋＋2e－===HCOOH。