新教材2024届高考化学二轮专项分层特训卷第三部分大题通关特训5化学反应原理一（附解析）

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1．[2023·四川宜宾统考二模]将CO2转化为更有价值的化工原料，正成为科学家们研究的一个重要课题。回答下列问题：
(2)在恒压密闭容器中通入CO2和H2的混合气体，制备甲醇过程中测得甲醇的时空收率(STY)(表示单位物质的量催化剂表面甲醇的平均生成速率)随温度(T)变化如下表：
①该反应最适宜的温度是________。
②在220℃和170℃条件下，该反应速率之比：v(220℃)∶v(170℃)＝________。
③随温度升高，甲醇的时空收率先增大后减小，可能的原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)CO2催化加氢制甲醇过程中，存在竞争的副反应主要是：。
在恒温密闭容器中，CO2的平衡转化率[α(CO2)%]和甲醇选择性[χ(CH3OH)%＝eq \f(n（生成CH3OH）,n（消耗CO2）)×100%]随着温度变化关系如下图所示。
①分析温度高于236℃时图中曲线下降的原因
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
②按1mlCO2(g)、3mlH2(g)投料反应，计算244℃时反应生成CH3OH的物质的量为________ml。 (保留两位有效数字)
③在压强为p的反应条件下，1mlCO2(g)和3mlH2(g)反应并达到平衡状态，CO2平衡转化率为20%，甲醇选择性为50%，该温度下主反应的平衡常数Kp＝________。 ( 列出计算式即可)
2．[2023·安徽定远第三中学校考二模]十九大报告指出：“坚持全民共治、源头防治，持续实施大气污染防治行动，打赢蓝天保卫战！”，因此研究NOx等大气污染物的处理方法具有重要意义。
(1)汽车尾气中的NO(g)和CO(g)在一定条件下可发生如下反应：
反应a：2NO(g)＋2CO(g)⇌N2(g)＋2CO2(g) ΔH1
反应b：N2(g)＋O2(g)⇌2NO(g) ΔH2＝＋180.5kJ·ml－1
①CO的燃烧热为283.0kJ·ml－1，则ΔH1＝________。
②某科研小组尝试利用固体表面催化工艺进行NO的分解。若用和分别表示O2、NO、N2和固体催化剂，在固体催化剂表面分解NO的过程如图所示。从吸附到解吸的过程中，能量状态最低的是________(填字母序号)。
(2)某研究小组探究催化剂对CO、NO转化的影响。将NO和CO以一定的流速通过两种不同的催化剂进行反应，相同时间内测量逸出气体中NO的含量，从而确定尾气脱氮率(脱氮率即NO的转化率)，结果如图1所示。若低于200℃，图1中曲线Ⅰ脱氮率随温度升高而变化不大的主要原因为______________________；a点是否为对应温度下的平衡脱氮率，说明其理由________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)以乙烯(C2H4)作为还原剂脱硝(NO)，脱硝机理如图2，则总反应的化学方程式为________________________。
(4)T1温度时在容积为2L的恒容密闭容器中发生反应：2NO(g)＋O2(g)⇌2NO2(g) ΔH”“K3)，在t1时达到平衡状态，请画出0～t2之间c(CH3OH)的变化趋势。
(3)甲醇生成二甲醚的转化率α可以根据冷凝液中的CH3OH与H2O的相对百分含量来计算(忽略副反应和各物质的挥发)。冷凝液中H2O的质量分数为w1，CH3OH的质量分数为w2，则甲醇的转化率α＝________。(用含w1和w2的式子表示)
(4)制备合成气(反应Ⅰ)时，还存在反应
CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g) ΔH＝＋41kJ·ml－1，该过程可用于热化学能的储存。已知：储能效率η＝eq \f(Qchem,Q)×100%(Qchem是通过化学反应吸收的热量，Q是设备的加热功率)。反应物气体流速、eq \f(n（CH4）,n（CO2）)对CH4转化率[α(CH4)]、储能效率(η)的影响，部分数据如下表：
①下列说法不正确的是________。
A．反应I可以储能的原因是该反应是吸热反应，将热量储存在高热值物质CO、H2中
B．其他条件不变，反应物气体流速越小，CH4转化率越大，有利于热化学能储存
C．其他条件不变，eq \f(n（CH4）,n（CO2）)越小，CH4转化率越大
D．反应物气体流速越大，CH4转化率越低的可能原因是反应物与催化剂未充分接触
②在实验2和3中，经过相同的时间，混合气中CO2占比越低，储能效率越高，说明其可能的原因________________________________________________________。(该条件下设备的加热功率视为不变)
5．[2023·湖南衡阳校联考二模]碘化铵(NH4I)是一种无色晶体，不稳定且易升华，常用于医药及照相工业等。某同学为研究碘化铵的相关性质，做了如下实验。
Ⅰ.碘化铵的不稳定性。将0.1mlNH4I和一定量的铁触媒(合成氨的催化剂，828K时为固态)放入已充满纯净H2(0.1ml)的2L恒容密闭容器中，在828K条件下发生如下反应：
(a)NH4I(g)===NH3(g)＋HI(g) ΔH1
(b)2NH3(g)⇌N2(g)＋3H2(g) ΔH2
(c)2HI(g)⇌H2(g)＋I2(g) ΔH3
用压力传感器测得整个过程中容器内压强(p)与时间(t)的变化关系如下图所示。回答下列问题：
(1)查阅资料可知，H—H、N≡N、N－H的键能分别为436kJ·ml－1、946kJ·ml－1、389kJ·ml－1，则ΔH2＝________。
(2)下列能说明密闭容器中所有反应已达平衡状态的有________(填字母序号)。
A．容器内压强不再发生改变
B．容器内气体颜色不再发生改变
C．容器内气体密度不再发生改变
D．容器内c(N2)＝c(I2)
(3)t2时刻体系中反应达到平衡，测得n(H2)＝0.21ml·L－1，此时n(I2)＝________ml，该温度下反应(c)的分压平衡常数Kp＝________(以分压表示，分压＝总压×物质的量分数)。
Ⅱ.碘化铵的水解。常温下，该同学将0.1mlNH4I溶于水配成1000mL溶液。
(4)该溶液显________性(填“酸”“碱”或“中”)，其原因是____________________________(用离子方程式表示)，c(NH eq \\al(\s\up1(＋),\s\d1(4)) )＋c(H＋)________0.1ml·L－1 (填“＞”“＜”或“＝”)。
(5)取20mL该溶液，不断滴加等浓度的NaClO溶液，溶液先变棕黄色，后褪色。完成溶液褪色的离子方程式：
ClO－＋____I2＋____NH3·H2O===____IO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) ＋________
6．[2023·湖南校联考二模]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)⇌S2(g)＋2H2(g) ΔH1＝＋180kJ·ml－1
②CS2(g)＋2H2(g)⇌CH4(g)＋S2(g) ΔH2＝－81kJ·ml－1
则反应③CH4(g)＋2H2S(g)⇌CS2(g)＋4H2(g)的ΔH3＝________kJ·ml－1；下列叙述能说明反应③达到平衡状态的是________(填标号)。
A．断裂2mlC—H键的同时生成1mlC===S键
B.恒容条件下，体系压强不再变化
C．恒容条件下，气体的密度不再变化
D．v正(H2S)＝2v逆(CS2)
(2)在不同温度、反应压强为100kPa，进料H2S的摩尔分数(可看成体积分数)为0.1%～20%(其余为N2)的条件下，对于反应①，H2S分解平衡转化率的结果如图1所示。则T1、T2和T3由大到小的顺序为________；H2S的摩尔分数越大，H2S分解平衡转化率越小的原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)反应①和③的ΔG随温度的影响如图2所示，已知ΔG＝－RTlnK(R为常数，T为温度，K为平衡常数)，则在1000℃时，反应的自发趋势①________③(填“＞”“＜”或“＝”)。在1000℃、100kPa反应条件下，将n(H2S)∶n(CH4)∶n(N2)＝3∶2∶15的混合气进行反应，达到平衡时n(CS2)∶n(H2)约为1∶4，n(S2)微乎其微，其原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)在1000℃、100kPa反应条件下，将n(H2S)∶n(CH4)∶n(N2)＝3∶3∶2的混合气进行反应③，达到平衡时，CS2分压与H2S的分压相同。则反应③的Kp＝________(不用写单位)。
1．[2023·湖南岳阳统考二模]合成氨反应N2(g)＋3H2(g)eq \(,\s\up7(催化剂),\s\d5(高温高压))2NH3(g)是目前最有效的工业固氮方法，解决数亿人口生存问题。
(1)反应历程中各步势能变化如图所示，其中吸附在催化剂表面的物种用*标注。
该历程中反应速率最慢的步骤的方程式为____________________________________。
(2)在T℃、压强为0.9MPa条件下，向一恒压密闭容器中通入eq \f(n（H2）,n（N2）)＝3的混合气体，体系中各气体的含量与时间变化关系如图所示：
①以下叙述不能说明该条件下反应达到平衡状态的是________(填字母)。
a．氨气的体积分数保持不变
b．容器中eq \f(n（H2）,n（N2）)保持不变
c．气体平均相对分子质量保持不变
d．气体密度保持不变
e．3v(H2)＝v(N2)
②反应20min时达到平衡，则0～20min内v(H2)＝________MPa·min－1，该反应的Kp＝________MPa－2(保留小数点后两位)。(Kp为以分压表示的平衡常数)
③若起始条件相同，在恒容容器中发生反应，则达到平衡时H2的含量符合图中________点(填“d”“e”“f”或“g”)。
(3)氨化脱硝过程发生反应4NO(g)＋4NH3(g)＋O2(g)eq \(=====,\s\up7(催化剂),\s\d5(△))4N2(g)＋6H2O(g) ΔH”“C，能量最低的是C；
（2）若低于200℃，图1中曲线Ⅰ脱氮率随温度升高而变化不大的主要原因为温度较低时，催化剂活性较低；a点不是对应温度下的平衡脱氮率，理由是该反应为放热反应，温度越低平衡转化率越高，根据曲线Ⅱ可知，a点对应的温度低于450℃，其平衡转化率应该高于450℃下的平衡转化率；
（3）由图可知，在催化剂的作用下，C2H4与NO、O2反应最终生成N2、CO2、H2O，反应总方程式为：6NO＋3O2＋2C2H4eq \(=====,\s\up7(催化剂),\s\d5(△))3N2＋4CO2＋4H2O；
（4）①根据图中信息在3s时达到平衡，NO物质的量为0.2ml，氧气物质的量为0.2ml，二氧化氮物质的量为0.8ml，该温度时平衡时v（正）＝v（逆）即k（正）c2（NO）c（O2）＝k（逆）c2（NO2），eq \f(k（正）,k（逆）)＝K＝eq \f(c2（NO2）,c2（NO）·c（O2）)＝eq \f(（\f(0.8ml,2L)）2,（\f(0.2ml,2L)）2×\f(0.2ml,2L))＝160L·ml－1；
②若将容器的温度变为T2时，k（正）＝k（逆），则此时K＝1，小于160，由于反应放热，所以平衡逆向移动，即T2＞T1。
3．答案：（1）eq \r(Kpxy)
（2）①CO2（g）＋4H2（g）⇌CH4（g）＋2H2O（g） ΔH＝－162kJ·ml－1 ②升高温度，k增大使v提高，Kp减小使v降低，T＞Tm时，Kp减小对v的降低大于k增大对v的提高
（3）①低温 ②m1＞m2＞m3 p1＞p2＞p3 其他条件不变时，增大压强，平衡正向移动，平衡转化率增大，因此p1＞p2＞p3
解析：（1）大气中CO2（g）的物质的量分数为x时，溶液中二氧化碳的浓度为yml·L－1·kPa－1×pkPa×x＝pxyml·L－1，根据反应②，其平衡常数K＝eq \f(c（H＋）c（HCO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) ）,c（CO2）)，因c（H＋）＝c（HCO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) ），故c（H＋）＝c（HCO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) ）＝eq \r(Kpxy)；
（2）①已知CH4的生成焓（由稳定单质生成该物质）为ΔH＝－71.7kJ·ml－1，可得到反应Ⅳ：C（s）＋2H2（g）⇌CH4（g） ΔH4＝－71.7kJ·ml－1；
反应Ⅱ：C（s）＋2H2O（g）⇌CO2（g）＋2H2（g） ΔH2＝＋90.3kJ·ml－1
根据盖斯定律，由Ⅳ－Ⅱ得CO2与H2反应生成CH4和H2O（g）的热化学方程式为：CO2（g）＋4H2（g）⇌CH4（g）＋2H2O（g） ΔH＝－162kJ·ml－1，答案为CO2（g）＋4H2（g）⇌CH4（g）＋2H2O（g） ΔH＝－162kJ·ml－1；
②k随着温度的升高而增大，Kp随温度的升高而减小。TTm时，Kp减小对v的降低大于k增大对v的提高；
（3）①温度升高平衡常数K减小，则为放热反应，ΔHT3 恒压条件下，H2S的摩尔分数增大，H2S的分压增大，平衡正向移动，H2S的转化率降低
（3）＜ 在1000K，反应①ΔG>0，反应趋势小，反应③ΔGT2>T3；恒压条件下，H2S的摩尔分数增大，H2S的分压增大，平衡正向移动，H2S的转化率降低；
（3）在1000K，反应①ΔG>0，不易自发，反应③ΔG0，反应趋势小，反应③ΔGA；
②设n（CO）＝n，则n（H2）＝3n，列出反应Ⅰ三段式：
CO（g） ＋ 3H2（g）⇌CH4（g）＋H2O（g）
起始（ml）n3n00
转化（ml）x3xxx
平衡（ml）n－x3n－3xxx
反应Ⅱ前后气体体积不变，反应Ⅰ前后总物质的量减少2x，根据初始压强为p0，达到平衡时总压为eq \f(3p0,4)，则eq \f(x＋x＋n－x＋3n－3x,4n)＝eq \f(3,4)，解得x＝0.5n；
CO的平衡转化率为a，列出反应Ⅱ三段式为：
CO（g） ＋ H2O（g）⇌CO2（g） ＋ H2（g）
起始（ml） 0
转化（ml）na－0.5nna－0.5nna－0.5nna－0.5n
平衡（ml）n（1－a）n（1－a）n（a－0.5）n（1＋a）
则CH4的选择性＝eq \f(0.5n,（a－0.5）n＋0.5n)×100%＝eq \f(50,a)%；平衡时，CO的分压为eq \f(n（1－a）p0,4n)＝eq \f(（1－a）p0,4)、H2分压为eq \f(（1－a）np0,4n)＝eq \f(（1＋a）p0,4)、CH4的分压为eq \f(0.5np0,4n)＝eq \f(p0,8)、H2O分压为eq \f(0.5n－（a－0.5）n,4n)＝eq \f(（1－a）p0,4)，Ⅰ的Kp＝eq \f([\f(（1－a）p0,4)]×（\f(p0,8)）,[\f(（1－a）p0,4)]×[\f(（1＋a）p0,4)]3)＝eq \f(8,（1＋a）3×p eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(0)) )；
（3）甲烷的产率随着温度升高逐渐增大，达到平衡后升高温度，甲烷的产率逐渐减小，说明反应逆向进行，则CO的歧化反应属于放热反应，相同时间内CH4的产率在温度高于330℃时降低的可能原因之一是催化剂活性降低，高温导致催化剂活性降低的原因是高温时，积碳反应主要发生CH4裂解，导致催化剂积碳，活性降低。
5．答案：（1）吸热 0.008ml·L－1·min－1 小于
（2）b
（3）H2S燃烧为放热反应，反应未达到平衡时，升高温度，S2产率先增大；单位时间S2的生成量增大，转化率增大；当反应达到平衡时，升高温度，平衡逆向移动，S2产率减小；
（4）H2S＋Cu2＋===2H＋＋CuS↓ FeCl2、CuCl2
（5）氧化Fe2＋为Fe3＋ 1∶2
解析：（1）由表可知，随着温度增加，平衡时H2O的物质的量分数增加；所以升高温度反应H2S（g）＋CO2（g）⇌COS（g）＋H2O（g）平衡正向移动，所以该反应是吸热反应；500K时，反应5min时达到平衡，设H2S反应xml，所以生成xmlH2O，平衡时H2O的物质的量分数为eq \f(x,（0.4－x）＋（0.1－x）＋x＋x)＝0.02，解得x＝0.01；则0～5min内v（H2S）＝eq \f(\f(0.01ml,2.5L),5min)＝0.008ml·L－1·min－1；600K时，温度升高，反应速率加快，达到平衡所需时间减少；
（2）平衡后通入H2S，使得H2S转化率降低，a不符合题意；平衡后通入CO2，使得H2S转化率增大，b符合题意；平衡后通入COS为生成物，使得H2S转化率降低，c不符合题意；体积不变，充入氮气，平衡体系各组分的物质的量浓度不变，所以反应速率不变，所以平衡不移动，d不符合题意；
（3）H2S燃烧为放热反应，反应未达到平衡时，升高温度，S2产率先增大；单位时间S2的生成量增大，转化率增大；当反应达到平衡时，升高温度，平衡逆向移动，S2产率减小；
（4）H2S与CuCl2反应生成CuS沉淀，离子方程式为H2S＋Cu2＋===2H＋＋CuS↓；根据物质转化关系图可知，反应前和反应后不需要添加的物质是FeCl2、CuCl2；
（5）根据反应流程，H2S与CuCl2反应生成CuS，H2S＋Cu2＋===2H＋＋CuS↓；已知常温下CuS不与O2发生反应，所以通入O2的目的是氧化Fe2＋为Fe3＋：4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O；然后Fe3＋与CuS反应得到S，反应方程式为2Fe3＋＋CuS===S＋Cu2＋＋2Fe2＋；所以整个流程总反应为2H2S＋O2===2S＋2H2O，为保证H2S全部转化为S，通入O2和H2S的体积比至少为1∶2。
6．答案：（1）①高温 ②－49 ③生成CO的反应ΔS更大，更有利于反应正向进行 ④降温冷凝
（2）①温度较高时，反应速率加快，单位时间内得到的产品更多 ②CO CO2（g）＋C（g）⇌2CO（g） ΔH>0，温度升高，平衡正向移动，CO物质的量分数逐渐升高 ③8×104
解析：（1）①直接氯化时ΔH1＝172kJ·ml－1；所以反应在高温有利于自发进行；
②已知：a.TiO2（s）＋2Cl2（g）⇌TiCl4（g）＋O2（g） ΔH1＝172kJ·ml－1；
c．C（s）＋O2（g）⇌CO2（g） ΔH3＝－393.5kJ·ml－1；
d．2CO（g）＋O2（g）⇌2CO2（g） ΔH4＝－566.0kJ·ml－1；所以反应b.TiO2（s）＋2Cl2（g）＋2C（s）⇌TiCl4（g）＋2CO（g）：b＝a＋2c－d，所以ΔH2＝ΔH1＋2ΔH3－ΔH4＝－49kJ·ml－1；
③生成CO的反应中ΔS更大，所以碳氯化法中生成CO比生成CO2更有利于TiO2转化为TiCl4，更有利于反应正向进行；
④常压下TiCl4的沸点为136℃，将含有TiCl4、CO、Cl2的气体混合物通过热交换器降温冷凝法，将TiCl4从碳氯化反应的混合体系中分离；
（2）①虽然在200℃平衡时TiO2几乎完全转化为TiCl4，温度较高时，反应速率加快，单位时间内得到的产品更多，所以实际生产中反应温度却远高于此温度；
②曲线a代表的物质的比例随着温度升高而增大，CO2（g）＋C（g）⇌2CO（g） ΔH>0，温度升高，平衡正向移动，CO物质的量分数逐渐升高，所以曲线a代表的物质为CO；
③Kp（1200℃）＝eq \f(p2（CO）,p（CO2）)＝eq \f(（1.0×105×0.4）2,1.0×105×0.2)＝8×104。
T/℃
170
180
190
200
210
220
230
STY/[ml/
(ml·h)]
0.10
0.15
0.20
0.25
0.28
0.20
0.15
时间/s
0
1
2
3
4
n(NO)/ml
1
0.6
0.4
0.2
0.2
n(O2)/ml
0.6
0.4
0.3
0.2
0.2
温度/K
400
500
平衡常数K
9
5.3
序号
加热温
度/℃
反应物气
体流速/
L·min－1
eq \f(n（CH4）,n（CO2）)
α(CH4)%
η/%
1
800
4
1∶1
79.6
52.2
2
800
6
1∶1
64.2
61.9
3
800
6
1∶2
81.1
41.6