2021版高考化学一轮复习课时跟踪检测（三十五）化学反应原理综合题（含解析）新人教版
展开课时跟踪检测（三十五）化学反应原理综合题
1．(2020·福州质检)甲酸是基本有机化工原料之一，广泛用于农药、皮革、染料、医药和橡胶等工业。
(1)工业上利用甲酸的能量关系转换图如下：
反应HCOOH(g)CO2(g)＋H2(g)的焓变ΔH＝________kJ·mol－1。
(2)某科学小组研究压强对反应CO2(g)＋H2(g)HCOOH(g)的影响。t ℃下，在一个容积可变的密闭容器中，充入一定量的CO2和H2，测得不同压强下平衡时容器内气体的浓度如下表：
实验编号 | 反应压强 | 物质浓度/(mol·L－1) | ||
CO2 | H2 | HCOOH | ||
1 | p1 | 0.3 | 0.3 | 0.9 |
2 | p2 | a | a | 0.4 |
3 | p3 | 0.4 | 0.4 | b |
①平衡时，实验1的正反应速率________(填“＞”“＜”或“＝”)实验3的逆反应速率。
②由实验1的数据可计算t ℃时，该反应的平衡常数K＝________。
③a＝________。
(3)经研究发现采用电还原法可将CO2转化为甲酸根离子，同时还能提高CO2的转化效率。其电解原理如图所示，下列叙述正确的是________。
A．Sn极的电极反应式为CO2＋2e－＋HCO===HCOO－＋CO
B．电解过程中K＋向Pt极移动
C．Pt极发生还原反应并有气体逸出
D．电解过程中HCO浓度逐渐减小
(4)甲酸的用途之一是配制“缓冲溶液”，在这种溶液中加入少量的强酸或强碱，溶液的pH变化不大，能保持溶液pH相对稳定。(已知甲酸的电离平衡常数Ka＝1.8×10－4)
①现将等浓度甲酸与甲酸钠溶液混合，配成0.1 mol·L－1的HCOOH—HCOONa缓冲溶液。用离子方程式表示将少量强碱加入HCOOH—HCOONa缓冲溶液中，pH变化不大的原因________________________________________________________________________。
②若用100 mL 0.2 mol·L－1HCOOH溶液配制pH为4的缓冲溶液，需加入________(答案保留一位小数)mL 0.2 mol·L－1 NaOH溶液。
解析：(1)根据图示，可知：①HCOOH(g)===CO(g)＋H2O(g) ΔH＝＋72.6 kJ·mol－1、②CO(g)＋O2(g)===CO2(g) ΔH＝－283.0 kJ·mol－1、③H2(g)＋O2(g)===H2O(g) ΔH＝
－241.8 kJ·mol－1，根据盖斯定律，由①＋②－③，可得HCOOH(g)CO2(g)＋H2(g) ΔH＝＋72.6 kJ·mol－1－283.0 kJ·mol－1－(－241.8 kJ·mol－1)＝＋31.4 kJ·mol－1。(2)①实验1、2、3均在恒温恒压下进行，根据题表中数据可知，实验3达到的平衡相当于增大实验1的压强达到的平衡，增大压强，反应速率增大，因此平衡时实验1的正反应速率小于实验3的逆反应速率。②由实验1的数据可知，t ℃时该反应的平衡常数K＝＝＝10。③由于平衡常数只与温度有关，因此实验2的平衡常数K＝＝10，解得a＝0.2。(3)Sn极与电源负极相连，为阴极，CO2发生还原反应转化为甲酸根离子，电极反应为CO2＋2e－＋HCO===HCOO－＋CO，A项正确；电解过程中阳离子向阴极移动，故K＋向Sn极移动，B项错误；Pt极为阳极，发生氧化反应：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，有O2逸出，C项错误；根据阴极的电极反应CO2＋2e－＋HCO===HCOO－＋CO可知，电解过程中HCO浓度逐渐减小，D项正确。(4)①将少量强碱加入HCOOH—HCOONa缓冲溶液中，发生反应HCOOH＋OH－===HCOO－＋H2O，因此溶液pH变化不大。②根据甲酸的电离平衡常数Ka＝＝1.8×10－4，该缓冲溶液pH为4，即c(H＋)＝10－4 mol·L－1，可知＝1.8，＝1.8；根据物料守恒，n(HCOO－)＋n(HCOOH)＝0.1 L×0.2 mol·L－1＝0.02 mol，则n(HCOO－)＝0.02 mol×；根据HCOOH＋NaOH===HCOONa＋H2O，n(NaOH)＝n(HCOO－)＝0.02 mol×，故需加入NaOH溶液的体积为0.02 mol×÷0.2 mol·L－1×＝64.3 mL。
答案：(1)＋31.4 (2)①＜ ②10 ③0.2
(3)AD (4)①HCOOH＋OH－===HCOO－＋H2O
②64.3
2．(2020·河北九校联考)氢能是发展中的新能源，它的利用包括氢的制备、储存和应用三个环节。回答下列问题：
(1)以太阳能为热源，热化学硫碘循环分解水是一种高效、无污染的制氢方法。其反应过程如图所示。
写出该制氢方法的总反应的化学方程式：_____________________________________
________________________________________________________________________。
(2)工业上常用燃料与水蒸气反应制备H2和CO，再用H2和CO合成甲醇。其过程为：
①C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g) ΔH1＝＋131.4 kJ·mol－1
②CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH2
③CH3OH(l)===CH3OH(g) ΔH3＝＋37.4 kJ·mol－1
已知氢气、一氧化碳和甲醇的燃烧热分别为285.8 kJ·mol－1、283.0 kJ·mol－1和725.8 kJ·mol－1，则ΔH2＝________。
(3)MgH2可作为储氢材料，其热化学方程式为MgH2(s)Mg(s)＋H2(g) ΔH＞0，根据平衡移动原理，欲使MgH2释放出氢气，可以采取的措施是________。
A．增加储氢材料的质量
B．减小压强
C．及时移走金属Mg
D．使用催化剂
(4)用MgH2作储氢材料，单位储氢材料释放出氢气时，氢气的压强随时间的变化如图1所示，其中温度最高的为____。
T2时，该反应的平衡常数Kp＝________Pa。(用含a的代数式表示)
(5)全固态锂离子电池的结构如图2所示，放电时电池反应为2Li＋MgH2===Mg＋2LiH。放电时，被氧化的元素是________，X极作________极。充电时，Y极的电极反应式为________________________________________________________________________。
解析：(1)由图示可得反应Ⅰ：SO2＋2H2O＋I2===H2SO4＋2HI；反应Ⅱ：2H2SO4===2SO2＋O2＋2H2O；反应Ⅲ：2HIH2＋I2，由反应Ⅰ×2＋反应Ⅱ＋反应Ⅲ×2可得：2H2O2H2↑＋O2↑。(2)分别写出表示氢气、一氧化碳、甲醇燃烧热的热化学方程式为a.H2(g)＋
O2(g)===H2O(l) ΔH4＝－285.8 kJ·mol－1；b.CO(g)＋O2(g)===CO2(g) ΔH5＝－283.0 kJ·mol－1；c.CH3OH(l)＋O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l) ΔH6＝－725.8 kJ·mol－1；结合盖斯定律，由2a＋b－c＋③可得到反应②，则ΔH2＝－91.4 kJ·mol－1。(3)欲使MgH2释放出氢气，可采取减小压强使平衡右移的措施，增加储氢材料的质量、及时移走金属Mg、使用催化剂均不能使平衡发生移动。(4)由热化学方程式可知，释放氢气的反应为吸热反应，温度升高有利于氢气的释放，由图可知T1时释放氢气速率最快，故T1为最高温度。T2时，Kp＝p(H2)＝a Pa。(5)根据放电时电池反应式可知，放电时，被氧化的元素为Li，Y极为Li，作负极，电极反应式为Li－e－===Li＋；X极(MgH2)作正极，得电子，电极反应式为MgH2＋2Li＋＋
2e－===Mg＋2LiH。充电时，Y极为阴极，其电极反应式为Li＋＋e－===Li。
答案：(1)2H2O2H2↑＋O2↑
(2)－91.4 kJ·mol－1
(3)B
(4)T1 a
(5)Li 正 Li＋＋e－===Li
3．以铜为原料可制备应用广泛的氧化亚铜。
(1)向CuCl2溶液中通入SO2可得到CuCl沉淀，由CuCl水解再热分解可得到纳米Cu2O。CuCl的水解反应为CuCl(s)＋H2O(l)CuOH(s)＋Cl－(aq)＋H＋(aq)。该反应的平衡常数K与此温度下KW、Ksp(CuOH)、Ksp(CuCl)的关系为K＝________。
(2)用铜作阳极，钛片作阴极，电解一定浓度的NaCl和NaOH的混合溶液可得到Cu2O，阳极及其溶液中有关转化如图1所示。
①阳极的电极反应式为_______________________________________________。
②电解一段时间后，电解液补充一定量的________可恢复为原电解质溶液。
③溶液中③、④两步总反应的离子方程式为______________________________。
(3)Cu2O与ZnO组成的催化剂可用于工业上合成甲醇：
CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH＝a kJ·mol－1。
按n(H2)/n(CO)＝2将H2与CO充入V L恒容密闭容器中，在一定条件下发生反应，测得CO的平衡转化率与温度、压强的关系如图2所示。
①该反应的ΔH________(填“＜”或“＞”)0，图中p1、p2、p3由大到小的顺序是________。
②起始时，甲容器中c(H2)＝0.20 mol·L－1，c(CO)＝0.10 mol·L－1，在p3及T1℃下反应达到平衡，此时反应的平衡常数为______。起始时，乙容器中c(H2)＝0.40 mol·L－1，c(CO)＝0.20 mol·L－1，T1℃下反应达到平衡，CO的平衡转化率________。
A．大于40% B．小于40%
C．等于40% D．等于80%
解析：(1)根据CuCl的水解反应可写出该反应的平衡常数K＝c(Cl－)·c(H＋)，而KW＝
c(H＋)·c(OH－)，Ksp(CuOH)＝c(Cu＋)·c(OH－)，Ksp(CuCl)＝c(Cu＋)·c(Cl－)，从而可推出K＝。(2)①由题图1可知，参与阳极反应的是Cl－和CuCl－，生成的是CuCl，据此可写出电极反应式。②根据题中信息可写出电解过程的总反应为2Cu＋H2OCu2O＋H2↑，则电解一段时间后，向电解液中补充适量的水即能使其恢复为原电解质溶液。③结合题图1可知溶液中第③步反应物为 CuCl和OH－，第④步生成物为Cu2O和Cl－，根据电荷守恒和原子守恒可写出并配平③、④两步的总离子方程式为2CuCl＋2OH－===Cu2O↓＋H2O＋4Cl－。(3)①从题图2可看出，在压强相同时，升高温度，CO的平衡转化率降低，即升高温度平衡逆向移动，则该反应为放热反应，ΔH＜0。该反应为气体分子数减小的反应，相同温度下，压强越大，CO的平衡转化率越高，即p1＞p2＞p3。②由题图2可知在p3、T1℃时CO的平衡转化率为40%，Δc(CO)＝Δc(CH3OH)＝0.04 mol·L－1、Δc(H2)＝0.08 mol·L－1，即平衡时c(CO)＝0.06 mol·L－1、c(H2)＝0.12 mol·L－1、c(CH3OH)＝0.04 mol·L－1，故平衡常数K＝≈46.3。乙容器中反应物起始浓度为甲容器中的2倍，则乙容器中反应达到的平衡相当于将甲容器体积压缩一半所达到的平衡，增大压强，平衡正向移动，故乙容器中CO的平衡转化率大于40%，A项正确。
答案：(1)
(2)①CuCl－－e－＋Cl－===CuCl ②H2O
③2CuCl＋2OH－===Cu2O↓＋H2O＋4Cl－
(3)①＜ p1＞p2＞p3 ②46.3 A
4．(2020·黄冈调研)氨在工农业及国防工业上有广泛的用途。
(1)已知：
①4NH3(g)＋3O2(g)===2N2(g)＋6H2O(g)ΔH＝－1 266.2 kJ·mol－1
②2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g) ΔH＝－483.6 kJ·mol－1
则合成氨反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝________ kJ·mol－1，该反应属于________。
A．高温自发 B．低温自发
C．恒自发 D．恒不自发
(2)向甲、乙、丙三个容积均为2 L的密闭装置中均充入4 mol N2和H2的混合气体，但N2、H2的投料比不同，在400 ℃时反应，测定N2的体积百分含量，得到图1。
①乙装置中N2、H2的投料比为______。
②反应达到平衡后，测得乙装置中H2的体积百分含量为25%，则400 ℃时，合成氨反应的平衡常数为________(不需注明单位)。
(3)向M、N两个装置中分别充入相同投料比的N2、H2，进行合成氨反应，各反应1小时，测定不同温度下N2的转化率，得到图2。
①N2、H2在M、N两装置中反应时，不同的条件可能是________________________
________________________________________________________________________。
②在300 ℃时，a、b两点转化率存在差异的原因是___________________________
________________________________________________________________________。
(4)氨法烟气脱硫技术渐趋成熟，它能够回收SO2，并产生氮肥，其流程分两步：
①氨水吸收烟气中的SO2：
xNH3＋SO2(g)＋H2O===(NH4)xH2－xSO3；
②加入足量的磷酸得到纯净的SO2。写出该反应的化学方程式：_____________________。
解析：(1)根据盖斯定律，由②×－①×，可得：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝
－483.6 kJ·mol－1×－(－1 266.2 kJ·mol－1)×＝－92.3 kJ·mol－1。该反应的ΔH＜0，ΔS＜0，根据ΔH－TΔS＜0时反应能自发进行，可知该反应在低温时自发进行。(2)①设起始时乙装置中N2为x mol，则H2为(4－x)mol，设平衡建立过程中N2转化a mol，根据N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，可知平衡时N2为(x－a)mol，H2为(4－x－3a)mol，NH3为2a mol，又知反应过程中氮气的体积百分含量不变，则＝，解得x＝2，故乙装置中充入的N2和H2均为2 mol，N2、H2的投料比为1∶1。②起始时乙装置中的N2、H2均为2 mol，设平衡建立过程中N2转化b mol，则达平衡时N2为(2－b)mol，H2为(2－3b)mol，NH3为2b mol，H2的体积百分含量为25%，则×100%＝25%，解得b＝0.4，故平衡时N2为1.6 mol，H2为0.8 mol，NH3为0.8 mol，c(N2)＝0.8 mol·L－1，c(H2)＝0.4 mol·L－1，c(NH3)＝0.4 mol·
L－1，平衡常数K＝＝3.125。(3)①M、N装置点线在c点相交，即在此温度下N2的转化率相同，两装置所达平衡相同，又两装置中N2、H2的投料比相同，且达平衡前M中N2的转化率始终比N中大，即M中反应速率快，因此M中使用了催化剂。②M装置中使用了催化剂，a点反应速率快，且合成氨的反应是放热反应，升高温度，平衡逆向移动，N2的转化率减小，故a点时反应已达到平衡，b点反应速率慢，且反应没达到平衡，故虽然a、b两点温度相同，但转化率不同。(4)根据氨法烟气脱硫技术能回收SO2，产生氮肥，以及第一步反应吸收了SO2，可知第二步反应应生成铵盐和SO2，则第二步反应中足量磷酸与(NH4)xH2－xSO3反应生成NH4H2PO4和SO2，化学方程式为(NH4)xH2－xSO3＋xH3PO4===xNH4H2PO4＋SO2↑＋H2O。
答案：(1)－92.3 B
(2)①1∶1 ②3.125
(3)①M装置中使用了催化剂 ②M装置中使用了催化剂，a点反应速率快，达到了平衡，b点反应速率慢，没达到平衡
(4)(NH4)xH2－xSO3＋xH3PO4===xNH4H2PO4＋SO2↑＋H2O
5．二甲醚(CH3OCH3)是一种易燃气体，其燃烧热为1 453 kJ·mol－1，被认为是当今时代最有潜力的燃料之一。
(1)合成气(H2、CO)合成的甲醇脱水制二甲醚，又称“二步法”，该方法主要涉及以下反应：
2H2＋COCH3OH
CH3OH＋H2SO4(浓)CH3HSO4＋H2O
CH3OH＋CH3HSO4CH3OCH3＋H2SO4
这种方法生产的二甲醚纯度可达99.9%，产率高，但是国内外已基本不采用此法生产，请根据所学知识分析主要原因__________________________________________。
(2)合成气(H2、CO)直接合成二甲醚，又称“一步法”，已知：3H2(g)＋3CO(g)CH3OCH3(g)＋CO2(g) ΔH＝－247 kJ·mol－1
①写出CO(g)、H2(g)、O2(g)反应生成CO2(g)和H2O(l)的热化学方程式________________________________________________________________________。
②若在240 ℃、4.0 MPa条件下，向一密闭容器中充入H2和CO且n(H2)∶n(CO)＝3∶1发生上述反应，达平衡后，升高温度，H2的体积分数________(填标号)。
A．增大 B．减小 C．不变 D．不能判断
(3)以CO、H2(含少量H2S)为原料制备二甲醚和甲醇，工艺流程如图1所示：
①上述流程中的“净化脱硫”是用足量的Na2CO3溶液吸收少量H2S，发生反应的离子方程式为__________________________________________。
(已知：H2S的Ka1＝1.3×10－7，Ka2＝7.1×10－15；H2CO3的Ka1＝4.4×10－7，
Ka2＝4.7×10－11)
②吸收塔Ⅱ(容积为5 L)中，2 mol H2和1 mol CO在催化剂作用下发生反应CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)，H2的平衡转化率(α)与反应温度(T)的关系如图2所示。该反应的ΔH________(填“＞”“＝”或“＜”)0。若反应体系平衡时的总压强为p，在A点时，用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp＝________(列出计算式即可)。
(4)如图3为二甲醚燃料电池的工作原理示意图。则a电极的电极反应式为________________________________________________________________________。
解析：(1)该方法需要使用浓硫酸，浓硫酸对设备腐蚀严重，对环境污染严重，操作条件恶劣，且流程较长，设备投资较大，所以国内外已基本不采用此法生产二甲醚。(2)①已知二甲醚的燃烧热为1 453 kJ·mol－1，则反应a.CH3OCH3(g)＋3O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(l)
ΔH＝－1 453 kJ·mol－1，又已知反应b.3H2(g)＋3CO(g)CH3OCH3(g)＋CO2(g) ΔH＝
－247 kJ·mol－1，根据盖斯定律，由(a＋b)/3得CO(g)＋H2(g)＋O2(g)CO2(g)＋H2O(l)
ΔH＝－566.7 kJ·mol－1。②设起始时n(H2)＝3 mol，n(CO)＝1 mol，平衡时H2反应了3x mol，则可列三段式：
3H2(g)＋3CO(g)CH3OCH3(g)＋CO2(g)
起始/mol 3 1 0 0
转化/mol 3x 3x x x
平衡/mol 3－3x 1－3x x x
H2的体积分数＝＝＝，即H2的体积分数始终保持不变。(3)①“净化脱硫”是用足量的Na2CO3溶液吸收少量H2S，根据H2S和H2CO3的电离平衡常数可知发生反应的离子方程式为CO＋H2S===HCO＋HS－。②根据图2可知，随着温度的升高，H2的平衡转化率(α)减小，即升高温度，平衡逆向移动，则该反应的正反应为放热反应。若反应体系平衡时的总压强为p，在A点时，H2的平衡转化率(α)为80%，则平衡时CO、H2、CH3OH的物质的量分别为0.2 mol、0.4 mol和0.8 mol，用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp＝。(4)此装置为原电池装置，a电极为负极，电解质溶液显碱性，则a电极的电极反应式为CH3OCH3＋16OH－－12e－===2CO＋11H2O。
答案：(1)浓硫酸对设备腐蚀严重，对环境污染严重，操作条件恶劣；流程较长，设备投资较大
(2)①CO(g)＋H2(g)＋O2(g)CO2(g)＋H2O(l) ΔH＝－566.7 kJ·mol－1
②C
(3)①CO＋H2S===HCO＋HS－ ②＜
(4)CH3OCH3＋16OH－－12e－===2CO＋11H2O
