（全國通用版）2019版高考化學(xué)大二輪復(fù)習(xí) 非選擇題專項訓(xùn)練三 化學(xué)反應(yīng)原理.doc
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非選擇題專項訓(xùn)練三 化學(xué)反應(yīng)原理 1.(2017全國Ⅱ)丁烯是一種重要的化工原料,可由丁烷催化脫氫制備。回答下列問題: (1)正丁烷(C4H10)脫氫制1-丁烯(C4H8)的熱化學(xué)方程式如下: ①C4H10(g)C4H8(g)+H2(g) ΔH1 已知:②C4H10(g)+ O2(g)C4H8(g)+H2O(g) ΔH2=-119 kJmol-1 ③H2(g)+ O2(g)H2O(g) ΔH3=-242 kJmol-1 反應(yīng)①的ΔH1為 kJmol-1。圖(a)是反應(yīng)①平衡轉(zhuǎn)化率與反應(yīng)溫度及壓強的關(guān)系圖,x 0.1(填“大于”或“小于”);欲使丁烯的平衡產(chǎn)率提高,應(yīng)采取的措施是 (填標(biāo)號)。 A.升高溫度 B.降低溫度 C.增大壓強 D.降低壓強 圖(a) 圖(b) 圖(c) (2)丁烷和氫氣的混合氣體以一定流速通過填充有催化劑的反應(yīng)器(氫氣的作用是活化催化劑),出口氣中含有丁烯、丁烷、氫氣等。圖(b)為丁烯產(chǎn)率與進(jìn)料氣中n(氫氣)/n(丁烷)的關(guān)系。圖中曲線呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢,其降低的原因是 。 (3)圖(c)為反應(yīng)產(chǎn)率和反應(yīng)溫度的關(guān)系曲線,副產(chǎn)物主要是高溫裂解生成的短碳鏈烴類化合物。丁烯產(chǎn)率在590 ℃之前隨溫度升高而增大的原因可能是 、 ; 590 ℃之后,丁烯產(chǎn)率快速降低的主要原因可能是 。 2.(2018天津理綜,節(jié)選)CO2是一種廉價的碳資源,其綜合利用具有重要意義?；卮鹣铝袉栴}: (1)CO2可以被NaOH溶液捕獲。若所得溶液pH=13,CO2主要轉(zhuǎn)化為 (寫離子符號);若所得溶液c(HCO3-)∶c(CO32-)=2∶1,溶液pH= 。(室溫下,H2CO3的K1=410-7;K2=510-11) (2)CO2與CH4經(jīng)催化重整,制得合成氣: CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) ①已知上述反應(yīng)中相關(guān)的化學(xué)鍵鍵能數(shù)據(jù)如下: 化學(xué)鍵 C—H CO H—H CO(CO) 鍵能/(kJmol-1) 413 745 436 1 075 則該反應(yīng)的ΔH= 。分別在V L恒溫密閉容器A(恒容)和B(恒壓、容積可變)中,加入CH4和CO2各1 mol的混合氣體。兩容器中反應(yīng)達(dá)平衡后放出或吸收的熱量較多的是 (填“A”或“B”)。 ②按一定體積比加入CH4和CO2,在恒壓下發(fā)生反應(yīng),溫度對CO和H2產(chǎn)率的影響如圖所示。此反應(yīng)優(yōu)選溫度為900 ℃的原因是 。 3.甲醇是一種重要的化工原料,在生產(chǎn)中有著重要的應(yīng)用。工業(yè)上用甲烷氧化法合成甲醇的反應(yīng)有: (ⅰ)CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) ΔH1=+247.3 kJmol-1 (ⅱ)CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH2=-90.1 kJmol-1 (ⅲ)2CO(g)+O2(g)2CO2(g) ΔH3=-566.0 kJmol-1 回答下列問題: (1)鎳合金是反應(yīng)(ⅰ)的重要催化劑。工業(yè)上鎳的制備工藝流程包括: ①硫化鎳(NiS)制粒后在1 100 ℃的溫度下焙燒產(chǎn)生氧化鎳;②采用煉鋼用的電弧爐,用石油焦(主要成分為碳)作還原劑,在1 600~1 700 ℃的溫度下還原氧化鎳生成金屬鎳熔體。寫出這兩步反應(yīng)的化學(xué)方程式: 。 (2)用CH4和O2直接制備甲醇的熱化學(xué)方程式為 。根據(jù)化學(xué)反應(yīng)原理,分析反應(yīng)(ⅱ)對CH4轉(zhuǎn)化率的影響是 。 (3)某溫度下,向4 L密閉容器中通入6 mol CO2和6 mol CH4,發(fā)生反應(yīng)(ⅰ),平衡體系中各組分的體積分?jǐn)?shù)均為,則此溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)K= ,CH4的轉(zhuǎn)化率為 。 (4)工業(yè)上可通過甲醇羰基化法制取甲酸甲酯,反應(yīng)方程式為: CH3OH(g)+CO(g)HCOOCH3(g) ΔH=-29.1 kJmol-1。 科研人員對該反應(yīng)進(jìn)行了研究,部分研究結(jié)果如下: 壓強對甲醇轉(zhuǎn)化率的影響 壓強一定時溫度對反應(yīng)速率的影響 ①從壓強對甲醇轉(zhuǎn)化率的影響“效率”看,工業(yè)制取甲酸甲酯應(yīng)選擇的壓強是 。 ②實際工業(yè)生產(chǎn)中采用的溫度是80 ℃,其理由是 。 (5)直接甲醇燃料電池(簡稱DMFC)由于結(jié)構(gòu)簡單、能量轉(zhuǎn)化率高、對環(huán)境無污染,可作為常規(guī)能源的替代品而越來越受到關(guān)注。DMFC的工作原理如圖所示: ①通入a氣體的電極是原電池的 (填“正”或“負(fù)”)極,其電極反應(yīng)式為 。 ②常溫下,用此電池電解(惰性電極)0.5 L飽和食鹽水(足量),若兩極共生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氣體1.12 L,則溶液的pH為 。 4.(2016天津理綜)氫能是發(fā)展中的新能源,它的利用包括氫的制備、儲存和應(yīng)用三個環(huán)節(jié)。回答下列問題: (1)與汽油相比,氫氣作為燃料的優(yōu)點是 (至少答出兩點)。但是氫氣直接燃燒的能量轉(zhuǎn)換率遠(yuǎn)低于燃料電池,寫出堿性氫氧燃料電池的負(fù)極反應(yīng)式: 。 (2)氫氣可用于制備H2O2。已知: H2(g)+A(l)B(l) ΔH1 O2(g)+B(l)A(l)+H2O2(l) ΔH2 其中A、B為有機物,兩反應(yīng)均為自發(fā)反應(yīng),則H2(g)+O2(g)H2O2(l)的ΔH 0(填“>”“<”或“=”)。 (3)在恒溫恒容的密閉容器中,某儲氫反應(yīng):MHx(s)+yH2(g)MHx+2y(s) ΔH<0達(dá)到化學(xué)平衡。下列有關(guān)敘述正確的是 。 a.容器內(nèi)氣體壓強保持不變 b.吸收y mol H2只需1 mol MHx c.若降溫,該反應(yīng)的平衡常數(shù)增大 d.若向容器內(nèi)通入少量氫氣,則v(放氫)>v(吸氫) (4)利用太陽能直接分解水制氫,是最具吸引力的制氫途徑,其能量轉(zhuǎn)化形式為 。 (5)化工生產(chǎn)的副產(chǎn)氫也是氫氣的來源。電解法制取有廣泛用途的Na2FeO4,同時獲得氫氣:Fe+2H2O+2OH-FeO42-+3H2↑。工作原理如圖1所示。裝置通電后,鐵電極附近生成紫紅色FeO42-,鎳電極有氣泡產(chǎn)生。若氫氧化鈉溶液濃度過高,鐵電極區(qū)會產(chǎn)生紅褐色物質(zhì)。已知:Na2FeO4只在強堿性條件下穩(wěn)定,易被H2還原。 圖1 圖2 ①電解一段時間后,c(OH-)降低的區(qū)域在 (填“陰極室”或“陽極室”)。 ②電解過程中,須將陰極產(chǎn)生的氣體及時排出,其原因為 。 ③c(Na2FeO4)隨初始c(NaOH)的變化如圖2。任選M、N兩點中的一點,分析c(Na2FeO4)低于最高值的原因: 。 參考答案 非選擇題專項訓(xùn)練三 化學(xué)反應(yīng)原理 1.答案 (1)+123 小于 AD (2)原料中過量H2會使反應(yīng)①平衡逆向移動,所以丁烯產(chǎn)率下降 (3)590 ℃前升高溫度,反應(yīng)①平衡正向移動 升高溫度時,反應(yīng)速率加快,單位時間產(chǎn)生更多丁烯 更高溫度導(dǎo)致C4H10裂解生成更多的短碳鏈烴,故丁烯產(chǎn)率快速降低 解析 (1)根據(jù)蓋斯定律,②式-③式可得①式,因此ΔH1=ΔH2-ΔH3=-119 kJmol-1+242 kJmol-1=+123 kJmol-1。由圖(a)可以看出,溫度相同時,由0.1 MPa 變化到x MPa,丁烷的轉(zhuǎn)化率增大,即平衡正向移動,由于反應(yīng)①是氣體物質(zhì)的量增大的反應(yīng),壓強越小平衡轉(zhuǎn)化率越大,所以x的壓強更小,x<0.1。由于反應(yīng)①為吸熱反應(yīng),所以溫度升高時,平衡正向移動,丁烯的平衡產(chǎn)率增大,因此A正確,B錯誤。由于反應(yīng)①是氣體物質(zhì)的量增大的反應(yīng),加壓時平衡逆向移動,丁烯的平衡產(chǎn)率減小,因此C錯誤,D正確。 (2)H2是反應(yīng)①的產(chǎn)物,增大n(氫氣)n(丁烷)會促使平衡逆向移動,從而降低丁烯的產(chǎn)率。 (3)590 ℃之前,隨溫度升高,反應(yīng)速率增大,反應(yīng)①是吸熱反應(yīng),升高溫度平衡正向移動,生成的丁烯會更多。溫度超過590 ℃,更多的丁烷裂解生成短鏈烴類,導(dǎo)致丁烯產(chǎn)率快速降低。 2.答案 (1)CO32- 10 (2)①+120 kJmol-1 B ②900 ℃時,合成氣產(chǎn)率已經(jīng)較高,再升高溫度產(chǎn)率增幅不大,但能耗升高,經(jīng)濟(jì)效益降低 解析 (1)CO2可以被NaOH溶液捕獲。若所得溶液pH=13,堿性較強,可知CO2主要轉(zhuǎn)化為CO32-;若所得溶液c(HCO3-)∶c(CO32-)=2∶1,此時K2=c(CO32-)c(H+)c(HCO3-)=c(H+)2,則c(H+)=1.010-10 molL-1,溶液的pH=10。 (2)①ΔH=4413 kJmol-1+2745 kJmol-1-21 075 kJmol-1-2436 kJmol-1=+120 kJmol-1;該反應(yīng)的正反應(yīng)是氣態(tài)分子數(shù)增大的吸熱反應(yīng),A與B相比,B中壓強較小,反應(yīng)向右進(jìn)行的程度較大,達(dá)平衡后吸收熱量較多。②根據(jù)題圖可知,900 ℃時,合成氣產(chǎn)率已經(jīng)較高,再升高溫度產(chǎn)率增幅不大,但能耗升高,經(jīng)濟(jì)效益降低。 3.答案 (1)2NiS+3O22NiO+2SO2,2NiO+C2Ni+CO2↑或NiO+CNi+CO↑ (2)2CH4(g)+O2(g)2CH3OH(g) ΔH=-251.6 kJmol-1 消耗CO和H2,使反應(yīng)(ⅰ)平衡右移,CH4轉(zhuǎn)化率增大 (3)1 33.3% (4)①3.5106~4.0106 Pa(或4.0106 Pa左右) ②高于80 ℃時,溫度對反應(yīng)速率的影響較小,且該反應(yīng)是放熱反應(yīng),升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動,轉(zhuǎn)化率降低 (5)①負(fù) CH3OH+H2O-6e-CO2↑+6H+ ②13 解析 (1)根據(jù)信息可寫出化學(xué)方程式。 (2)由(ⅰ)2+(ⅱ)2+(ⅲ)可得:2CH4(g)+O2(g)2CH3OH(g) ΔH=-251.6 kJmol-1;反應(yīng)(ⅱ)中消耗CO和H2,使反應(yīng)(ⅰ)中生成物濃度減小,導(dǎo)致平衡右移,故CH4轉(zhuǎn)化率增大。 (3)設(shè)反應(yīng)的CH4的物質(zhì)的量為x,則平衡時CH4、CO2、CO、H2的物質(zhì)的量分別為6 mol-x、6 mol-x、2x、2x,故有6 mol-x=2x,x=2 mol,因此平衡時各物質(zhì)的物質(zhì)的量濃度均為1 molL-1,K=1,CH4的轉(zhuǎn)化率為26=13。 (4)①改變壓強無論是從對化學(xué)反應(yīng)速率還是對化學(xué)平衡的影響來說對生產(chǎn)都是有利的,但考慮到加壓的“效率”,應(yīng)選擇圖表中斜率較大的區(qū)域?qū)?yīng)的壓強,即3.5106~4.0106 Pa,在該區(qū)域內(nèi),增大單位壓強,甲醇的轉(zhuǎn)化率改變最大,即加壓“效率”最高。如果學(xué)生從經(jīng)濟(jì)“效率”考慮,認(rèn)為選取4.0106 Pa左右的壓強范圍耗能較少且轉(zhuǎn)化率較高,也是可行的。②根據(jù)壓強一定時,溫度對反應(yīng)速率的影響可知,溫度高于80 ℃時,升溫對反應(yīng)速率的影響較小;另外該反應(yīng)是放熱反應(yīng),升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動,轉(zhuǎn)化率降低,所以實際工業(yè)生產(chǎn)中采用的溫度是80 ℃。 (5)①根據(jù)圖中電子的流向可知a為負(fù)極,負(fù)極CH3OH失電子生成H+和CO2,根據(jù)電子得失守恒和原子守恒可寫出電極反應(yīng)式:CH3OH+H2O-6e-CO2↑+6H+。②根據(jù)電解方程式:2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑可知,n(NaOH)=n(氣)=1.12 L22.4 Lmol-1=0.05 mol,故c(OH-)=0.05mol0.5 L=0.1 molL-1,c(H+)=110-140.1 molL-1=10-13 molL-1,pH=13。 4.答案 (1)污染小、可再生、來源廣、資源豐富、燃燒熱值高(任寫其中2個) H2+2OH--2e-2H2O (2)< (3)ac (4)光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能 (5)①陽極室 ②防止Na2FeO4與H2反應(yīng)使產(chǎn)率降低 ③M點:c(OH-)低,Na2FeO4穩(wěn)定性差,且反應(yīng)慢;N點:c(OH-)過高,鐵電極上有Fe(OH)3(或Fe2O3)生成,使Na2FeO4產(chǎn)率降低 解析 (1)堿性條件下,H2轉(zhuǎn)化為H2O,不能生成H+,電極反應(yīng)式為H2+2OH--2e-2H2O。 (2)①H2(g)+A(l)B(l) ΔH1 ②O2(g)+B(l)A(l)+H2O2(l) ΔH2 將①+②得:H2(g)+O2(g)H2O2(l) ΔH=ΔH1+ΔH2 ①②兩反應(yīng)均能自發(fā)進(jìn)行,說明ΔH-TΔS<0,①②反應(yīng)中ΔS<0,可判斷ΔH1<0,ΔH2<0,則ΔH<0。 (3)該反應(yīng)正向移動屬于氣體的物質(zhì)的量減小的放熱反應(yīng)。 a項,氣體壓強不變,表明氣體物質(zhì)的量不變,達(dá)到平衡,正確; b項,該反應(yīng)為可逆反應(yīng),吸收y mol H2,則需MHx大于1 mol,錯誤; c項,該反應(yīng)是放熱反應(yīng),降溫,平衡向正反應(yīng)方向移動,平衡常數(shù)增大,正確; d項,通入H2相當(dāng)于加壓,平衡正向移動,v(放氫)下載提示(請認(rèn)真閱讀)
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