新高考2024版高考化学一轮复习微专题小练习专练44化学反应原理综合题

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（1）根据图1数据计算反应 eq \f(1,2) N2（g）＋ eq \f(3,2) H2（g）===NH3（g）的ΔH＝ kJ·ml－1。
（2）研究表明，合成氨反应在Fe催化剂上可能通过图2机理进行（*表示催化剂表面吸附位，N eq \\al(\s\up1(*),\s\d1(2)) 表示被吸附于催化剂表面的N2）。判断上述反应机理中，速率控制步骤（即速率最慢步骤）为 （填步骤前的标号），理由是 。
（3）合成氨催化剂前驱体（主要成分为Fe3O4）使用前经H2还原，生成α­ Fe包裹的Fe3O4。已知α­ Fe属于立方晶系，晶胞参数a＝287 pm，密度为7.8 g·cm－3，则α­ Fe晶胞中含有Fe的原子数为 （列出计算式，阿伏加德罗常数的值为NA）。
（4）在不同压强下，以两种不同组成进料，反应达平衡时氨的摩尔分数与温度的计算结果如下图所示。其中一种进料组成为xH2＝0.75、xN2＝0.25，另一种为xH2＝0.675、xN2＝0.225、xAr＝0.10。（物质i的摩尔分数：xi＝ eq \f(ni,n总) ）
①图中压强由小到大的顺序为 ，判断的依据是 。
②进料组成中含有惰性气体Ar的图是 。
③图3中，当p2＝20MPa、xNH3＝0.20时，氮气的转化率α＝ 。该温度时，反应 eq \f(1,2) N2（g）＋ eq \f(3,2) H2（g）⇌NH3（g）的平衡常数Kp＝ （MPa）－1（化为最简式）。
2.[2023·全国乙卷]硫酸亚铁在工农业生产中有许多用途，如可用作农药防治小麦黑穗病，制造磁性氧化铁、铁催化剂等。回答下列问题：
（1）在N2气氛中，FeSO4·7H2O的脱水热分解过程如图所示：
根据上述实验结果，可知x＝ ，y＝ 。
（2）已知下列热化学方程式：
FeSO4·7H2O（s）===FeSO4（s）＋7H2O（g） ΔH1＝a kJ·ml－1
FeSO4·xH2O（s）===FeSO4（s）＋xH2O（g） ΔH2＝b kJ·ml－1
FeSO4·yH2O（s）===FeSO4（s）＋yH2O（g） ΔH3＝c kJ·ml－1
则FeSO4·7H2O（s）＋FeSO4·yH2O（s）＝2（FeSO4·xH2O）（s）的ΔH＝ kJ·ml－1。
（3）将FeSO4置入抽空的刚性容器中，升高温度发生分解反应：2FeSO4（s）⇌Fe2O3（s）＋SO2（g）＋SO3（g）（Ⅰ）。平衡时p eq \a\vs4\al(SO3) ­T的关系如下图所示。660 K时，该反应的平衡总压p总＝ kPa、平衡常数Kp（Ⅰ）=== （kPa）2。Kp（Ⅰ）随反应温度升高而 （填“增大”“减小”或“不变”）。
（4）提高温度，上述容器中进一步发生反应2SO3（g）⇌2SO2（g）＋O2（g）（Ⅱ），平衡时p eq \a\vs4\al(O2) ＝ （用p eq \a\vs4\al(SO3) 、p eq \a\vs4\al(SO2) 表示）。在929 K时，p总＝84.6 kPa，p eq \a\vs4\al(SO3) ＝35.7 kPa，则p eq \a\vs4\al(SO2) ＝ kPa，Kp（Ⅱ）＝ kPa（列出计算式）。
3.[2022·福建卷]异丙醇（C3H8O）可由生物质转化得到，催化异丙醇脱水制取高值化学品丙烯（C3H6）的工业化技术已引起人们的关注。其主要反应如下：
Ⅰ.C3H8O（g）⇌C3H6（g）＋H2O（g） ΔH1＝＋52 kJ·ml－1
Ⅱ.2C3H6（g）⇌C6H12（g） ΔH2＝－97 kJ·ml－1
回答下列问题：
（1）已知2C3H8O（g）＋9O2（g）===6CO2（g）＋8H2O（g） ΔH＝－3 750 kJ·ml－1，则C3H6（g）燃烧生成CO2（g）和H2O（g）的热化学方程式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（2）在1 350℃下，刚性密闭容器中的反应体系内水蒸气浓度与反应时间关系如下表：
①4～8 μs内， eq \(v,\s\up6(－))（C3H8O）＝ ppm·μs－1。
②t 16（填“>”“<”或“＝”）。
（3）在恒温刚性密闭容器中，反应Ⅰ、Ⅱ均达到平衡的判据是 （填标号）。
a．H2O（g）的分压不变
b．混合气体密度不变
c．n（C3H6）＝2n（C6H12）
d．v正（H2O）＝v逆（C3H8O）
（4）在一定条件下，若反应Ⅰ、Ⅱ的转化率分别为98%和40%，则丙烯的产率为 。
（5）如图为反应Ⅰ、Ⅱ达到平衡时lg Qp与温度的关系曲线。[已知：对于可逆反应aA（g）＋bB（g）⇌cC（g）＋dD（g），任意时刻Qp＝ eq \f(pc（C）·pd（D）,pa（A）·pb（B）) ，式中p（X）表示物质X的分压]
①在350℃恒压平衡体系中充入少量水蒸气时，反应Ⅰ的状态最有可能对应图中的 点（填“甲”“乙”或“丙”），判断依据是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
②350℃时，在密闭容器中加入一定量的C3H8O，体系达到平衡后，测得C6H12的分压为x MPa，则水蒸气的分压为 MPa（用含x的代数式表示）。
专练44 化学反应原理综合题
1．答案：（1）－45
（2）（ⅱ） 在化学反应中，最大的能垒为速率控制步骤，而断开化学键的步骤都属于能垒，由于N≡N的键能比H－H键的大很多，因此，在上述反应机理中，速率控制步骤为（ⅱ）
（3） eq \f(7.8×2873NA,56×1030)
（4）①p1＜p2＜p3 合成氨的反应为气体分子数减少的反应，压强越大平衡时氨的摩尔分数越大 ②图4
③33.33% eq \r(\f(1,432))
解析：（1）在化学反应中，断开化学键要消耗能量，形成化学键要释放能量，反应的焓变等于反应物的键能总和与生成物的键能总和的差，因此，由图1数据可知，反应 eq \f(1,2) N2（g）＋ eq \f(3,2) H2（g）===NH3（g）的ΔH＝（473＋654－436－397－339） kJ·ml－1＝－45 kJ·ml－1。（2）由图1中信息可知， eq \f(1,2) N2（g）===N（g）的ΔH＝＋473 kJ·ml－1，则N≡N的键能为946 kJ·ml－1； eq \f(3,2) H2（g）===3H（g）的ΔH＝＋654 kJ·ml－1，则H－H键的键能为436 kJ·ml－1。在化学反应中，最大的能垒为速率控制步骤，而断开化学键的步骤都属于能垒，由于N≡N的键能比H－H键的大很多，因此，在上述反应机理中，速率控制步骤为（ⅱ）。（3）已知α­ Fe属于立方晶系，晶胞参数a＝287 pm，密度为7.8 g·cm－3，设其晶胞中含有Fe的原子数为x，则α­ Fe晶体密度ρ＝ eq \f(56x×1030,NA·2873) g·cm－3＝7.8 g·cm－3，解得x＝ eq \f(7.8×2873NA,56×1030) ，即α­ Fe晶胞中含有Fe的原子数为 eq \f(7.8×2873NA,56×1030) 。（4）①合成氨的反应中，压强越大越有利于氨的合成，因此，压强越大平衡时氨的摩尔分数越大。由图中信息可知，在相同温度下，反应达平衡时氨的摩尔分数p1＜p2＜p3，因此，图中压强由小到大的顺序为p1＜p2＜p3，②对比图3和图4中的信息可知，在相同温度和相同压强下，图4中平衡时氨的摩尔分数较小。在恒压下充入惰性气体Ar，反应混合物中各组分的浓度减小，各组分的分压也减小，化学平衡要朝气体分子数增大的方向移动，因此，充入惰性气体Ar不利于合成氨，进料组成中含有惰性气体Ar的图是图4。③图3中，进料组成为xH2＝0.75、xN2＝0.25两者物质的量之比为3∶1。假设进料中氢气和氮气的物质的量分别为3 ml和1 ml，达到平衡时氮气的变化量为x ml，则有：
N2（g）＋3H2（g）⇌2NH3（g）
始（ml） 1 3 0
变（ml） x3x2x
平（ml） 1－x3－3x2x
当p2＝20MPa、xNH3＝0.20时，xNH3＝ eq \f(2x,4－2x) ＝0.20，解得x＝ eq \f(1,3) ，则氮气的转化率α＝ eq \f(1,3) ≈33.33%，平衡时N2、H2、NH3的物质的量分别为 eq \f(2,3) ml、2 ml、 eq \f(2,3) ml，其物质的量分数分别为 eq \f(1,5) 、 eq \f(3,5) 、 eq \f(1,5) ，则该温度下K′p＝ eq \f(（\f(1,5)p2）2,\f(1,5)p2×（\f(3,5)p2）3) ＝ eq \f(25,27×400) （MPa）－2。因此，该温度时，反应 eq \f(1,2) N2（g）＋ eq \f(3,2) H2（g）⇌NH3（g）的平衡常数Kp＝ eq \r(K′p) ＝ eq \r(\f(25,27×400)（MPa）－2) ＝ eq \r(\f(1,432)) （MPa）－1。
2．答案：（1）4 1 （2）（a＋c－2b）
（3）3 2.25 增大
（4） eq \f(p\a\vs4\al(SO2)－p\a\vs4\al(SO3),4) 46.26 eq \f(46.262×2.64,35.72)
解析：（1）由图中信息可知，当失重比为19.4%时，FeSO4·7H2O转化为FeSO4·xH2O，则 eq \f(18（7－x）,278) ＝19.4%，解得x＝4；当失重比为38.8%时，FeSO4·7H2O转化为FeSO4·yH2O，则 eq \f(18（7－y）,278) ＝38.8%，解得y＝1。
（2）①FeSO4·7H2O（s）===FeSO4（s）＋7H2O（g） ΔH1＝a kJ·ml－1
②FeSO4·xH2O（s）===FeSO4（s）＋xH2O（g） ΔH2＝b kJ·ml－1
③FeSO4·yH2O（s）===FeSO4（s）＋yH2O（g） ΔH3＝c kJ·ml－1
根据盖斯定律可知，①＋③－②×2可得FeSO4·7H2O（s）＋FeSO4·yH2O（s）===2（FeSO4·xH2O）（s），则ΔH＝（a＋c－2b） kJ·ml－1。
（3）将FeSO4置入抽空的刚性容器中，升高温度发生分解反应：2FeSO4（s）⇌Fe2O3（s）＋SO2（g）＋SO3（g）（Ⅰ）。由平衡时p eq \a\vs4\al(SO3) ­T的关系图可知，660 K时，p eq \a\vs4\al(SO3) ＝1.5 kPa，则p eq \a\vs4\al(SO2) ＝1.5 kPa，因此，该反应的平衡总压p总＝3 kPa、平衡常数Kp（Ⅰ）＝1.5 kPa×1.5 kPa＝2.25（kPa）2。由图中信息可知，p eq \a\vs4\al(SO3) 随着温度升高而增大，因此，Kp（Ⅰ）随反应温度升高而增大。
（4）提高温度，上述容器中进一步发生反应2SO3（g）⇌2SO2（g）＋O2（g）（Ⅱ），在同温同压下，不同气体的物质的量之比等于其分压之比，由于仅发生反应（Ⅰ）时p eq \a\vs4\al(SO3) ＝p eq \a\vs4\al(SO2) ，则p eq \a\vs4\al(SO3) ＋2p eq \a\vs4\al(O2) ＝p eq \a\vs4\al(SO2) －2p eq \a\vs4\al(O2) ，因此，平衡时p eq \a\vs4\al(O2) ＝ eq \f(p\a\vs4\al(SO2)－p\a\vs4\al(SO3),4) 。在929 K时，p总＝84.6 kPa、p eq \a\vs4\al(SO3) ＝35.7 kPa，则p eq \a\vs4\al(SO3) ＋p eq \a\vs4\al(SO2) ＋p eq \a\vs4\al(O2) ＝p总、p eq \a\vs4\al(SO3) ＋2p eq \a\vs4\al(O2) ＝p eq \a\vs4\al(SO2) －2p eq \a\vs4\al(O2) ，联立方程组消去p eq \a\vs4\al(O2) ，可得3p eq \a\vs4\al(SO3) ＋5p eq \a\vs4\al(SO2) ＝4p总，代入相关数据可求出p eq \a\vs4\al(SO2) ＝46.26 kPa，则p eq \a\vs4\al(O2) ＝84.6 kPa－35.7 kPa－46.26 kPa＝2.64 kPa，Kp（Ⅱ）＝ eq \f(（46.26 kPa）2×2.64 kPa,（35.7 kPa）2) ＝ eq \f(46.262×2.64,35.72) kPa。
3．答案：（1）2C3H6（g）＋9O2（g）===6CO2（g）＋6H2O（g） ΔH＝－3 854 kJ·ml－1 （2）①190 ②> （3）ad （4）58.8% （5）①甲 反应Ⅰ平衡曲线为N，恒压时充入水蒸气，Qp>Kp ②（ eq \r(x) ＋2x）
解析：（1）将题给反应依次编号为①、②、③，利用盖斯定律，由③－①×2得：2C3H6（g）＋9O2（g）===6CO2（g）＋6H2O（g） ΔH＝－3 854 kJ·ml－1。（2）①由表中数据知，4～8μs内，H2O的浓度变化为（3 200－2 440） ppm，则 eq \(v,\s\up6(－))（C3H8O）＝ eq \(v,\s\up6(－))（H2O）＝ eq \f(760 ppm,4 μs) ＝190 ppm·μs－1。②随着反应的进行，反应物浓度逐渐减小，反应速率逐渐减慢，比较表中数据知t>16。（3）反应Ⅰ、Ⅱ均为气体分子数变化的反应，当H2O（g）的分压不变时，反应达到平衡，a正确；反应体系中均为气体，气体质量为定值，反应体系为恒温刚性密闭容器，容器体积不变，故混合气体密度为定值，b错误；化学平衡的标志是体系中各物质的浓度或物质的量不变，n（C3H6）＝2n（C6H12），不能说明反应体系中各物质的量不变，即不能判断反应为平衡状态，c错误；由方程式知，v正（H2O）＝v逆（C3H8O）＝v逆（H2O），正、逆反应速率相等，反应达平衡状态，d正确。（4）设C3H8O为1 ml，由于C3H8O（g）⇌C3H6（g）＋H2O（g）的转化率为98%，则反应Ⅰ生成的C3H6为0.98 ml，2C3H6（g）⇌C6H12（g）的转化率为40%，反应Ⅱ消耗的C3H6为0.98 ml×40%＝0.392 ml，则丙烯的产率为 eq \f(0.98 ml－0.392 ml,1 ml) ×100%＝58.8%。
（5）①对于反应Ⅰ，恒压时充入水蒸气，Qp增大，因此反应Ⅰ的状态最有可能对应图中的甲点。②设起始时C3H8O为1 ml，反应Ⅰ中消耗a ml C3H8O，反应Ⅱ中生成b ml C6H12，则：
C3H8O（g）⇌C3H6（g）＋H2O（g）
起始量/ml 1 0 0
转化量/ml a a a
2C3H6（g）⇌C6H12（g）
转化量/ml 2b b
则平衡时C3H8O为（1－a） ml, C3H6为（a－2b） ml，C6H12为b ml，H2O为a ml，气体的总物质的量为（1－a＋a－2b＋b＋a） ml＝（1＋a－b） ml，又体系达平衡后，测得C6H12的分压为x MPa，则 eq \f(b,1＋a－b) ×p总＝x MPa，由图像可知，350℃时，反应Ⅱ的lg Qp＝0，则 eq \f(x MPa,p2（C3H6）) ＝1 MPa－1，解得p（C3H6）＝ eq \f(a－2b,1＋a－b) ×p总＝ eq \r(x) MPa，结合 eq \f(b,1＋a－b) ×p总＝x MPa，可求得p（H2O）＝ eq \f(a,1＋a－b) ×p总＝（ eq \r(x) ＋2x） MPa。
反应时间/μs
0
4
8
12
t
20
H2O浓度/ppm
0
2 440
3 200
3 600
4 000
4 100