2020-2021【化学】化学化学反应原理综合考查的专项培优 易错 难题练习题(含答案)含答案

2020-2021【化学】化学化学反应原理综合考查的专项培优 易错 难题练习题(含答案)含答案

一、化学反应原理综合考查

1．近年全球气候变暖，造成北极冰川大面积融化，其罪魁之一就是CO2，如何吸收大气中的CO2，变废为宝，是当今化学研究的主题之一。

I.二甲醚可用作溶剂、冷冻剂喷雾剂等，科学家提出利用CO2和H2合成二甲醚，反应原理为2CO2(g)+6H2(g) CH3OCH3(g)+3H2O(g) ∆H

（1）已知：①H2O(g)+CO(g)CO2(g)+H2(g) △H1=+42kJ/mol

②CH3OCH3(g)+H2O(g)2CH3OH(g) ∆H2=+24.52kJ/mol

③CH3OH(g)CO(g)+2H2(g) ∆H3=+90.73kJ/mol

则∆H=__kJ/mol。

（2）一定温度下，在一个2L的密闭容器中充入2molCO2和6molH2发生上述反应，经过5min反应达到平衡，此时容器中压强与起始压强之比为3：4，则用CH3OCH3表示的平均反应速率为__，H2的转化率为___；此时若向体系中再加入2molCO2和1.5molH2O(g)，平衡__移动(填正向、逆向、不)。

（3）对于恒温恒容条件下进行的反应①，下列说法能说明反应已达平衡的是__。

A．混合气体密度不发生改变

B．混合气体的平均相对分子质量不再发生改变

C．v(CO)正=v(H2)逆

D．n(CO)与n(H2)的比值不变

（4）一定温度下，密闭容器中进行的反应③，测得平衡时混合物中某物质的体积分数在不同压强下随温度的变化如图所示，则纵坐标表示的物质是__，压强P1_P2(填>、<)。

II.工业锅炉长期煮烧会形成锅垢(主要成分CaSO4、Mg(OH)2)，必须定期除去。

（5）CaSO4微溶于水和酸，可加入氢氧化钠并通入CO2使转化为CaCO3，然后加酸浸泡除去，反应的离子方程式为CaSO4+CO32-=CaCO3+SO42-，室温下，该反应的化学平衡常数为__(室温下，Ksp(CaCO3)=3×10-9，Ksp(CaSO4)=9×10-6)。

【答案】－289.98 0.05mol·L－1·min－1 50% 正向 CD CH3OH > 3×103

【解析】

【分析】 【详解】

(1)根据盖斯定律，方程式2CO2(g)+6H2(g)垐?噲?CH3OCH3(g)+3H2O(g)，可用－①×2－②－③×2得到，则△H=－△H1×2－△H2－△H3×2=－(＋42)×2－(＋24.52)－(＋90.73)×2kJ·mol－1=－289.98kJ·mol－1；

(2)根据物质的量比等于压强比，平衡时容器中压强与起始压强之比为3:4，可得平衡时混合气体的物质的量为6mol，设达到平衡时，生成CH3OCH3的物质的量为xmol，有：

223322CO(g)6H(g)CHOCH(g)3HO(g)260026322663xxxxxxxx垐?噲?开始的物质的量转化的物质的量平衡的物质的量

可得2－2x+6－6x＋x＋3x=6mol，求解x=0.5mol，可得平衡时CO2、H2、CH3OCH3、H2O的物质的量分别为1mol、3mol、0.5mol、1.5mol；

用CH3OCH3表示的平均反应速率-1-10.5mol0.05molLmin2L5minvgg；

H2的转化率为3mol100%50%6min；

平衡常数333332262262620.51.5()(CHOCH)(HO)0.250.75220.03713(CO)(H)0.51.5()()22ccKccg，若向体系中再加入2molCO2和1.5.molH2O(g)，此时CO2、H2、CH3OCH3、H2O的物质的量分别为3mol、3mol、0.5mol、3mol，则浓度商333332262662220.53()(CHOCH)(HO)0.251.5220.03333(CO)(H)1.51.5()()22ccQcccg，可知Qc

(3)A．恒容条件下的气体间反应，根据mV，根据质量守恒，混合气体的质量不变，恒容，体积不变，则混合气体密度永远不发生改变，不能说明反应达到平衡，A错误；

B．反应①前后气体分子数不变的反应，根据mMn，根据质量守恒，混合气体的质量不变，混合气体的物质的量不变，则混合气体的平均相对分子质量永远不会发生改变，不能说明反应达到平衡，B错误；

C．正逆反应速率相等，反应达到平衡，C正确；

D．随着反应的进行，n(CO)与n(H2)的比值时刻在变化，现在不变，说明达到平衡，D正确；

答案选CD；

(4)根据图示，温度升高，该物质的体积分数减小。反应③的△H>0，升高温度，平衡正向移动，CH3OH的体积分数减小；则纵坐标表示的物质为CH3OH；

增大压强，平衡向气体体积减小的方向移动，即平衡逆向移动，CH3OH的体积分数增大，所以P1>P2；

(5)根据CaSO4(s)+CO32-(aq)垐?噲?CaCO3(s)+SO42-(aq)，平衡常数2-2+2--643442-2+2-9333(CaSO)(SO)(Ca)(SO)910=310(CO)(Ca)(CO)(CaCO)310spspKcccKcccK。

【点睛】

问题(2)中，同时加入2molCO2和1.5.molH2O(g)，不能根据勒夏特列原理判断，因此利用浓度商和平衡常数的关系，判断平衡移动方向。

2．（15分）甲烷水蒸气催化重整（SMR）是传统制取富氢混合气的重要方法，具有工艺简单、成本低等优点。

回答下列问题：

（1）已知1000 K时，下列反应的平衡常数和反应热：

①CH4(g)C(s)+2H2(g) K1=10.2 ΔH1

②2CO(g)C(s)+CO2(g) K2=0.6 ΔH2

③CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) K3=1.4 ΔH3

④CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g) K4 ΔH4（SMR）

则1000 K时，K4=____________；ΔH4=_________（用ΔH1、ΔH2、ΔH3来表示）。

（2）在进入催化重整装置前，先要对原料气进行脱硫操作，使其浓度为0.5 ppm以下。脱硫的目的为______________。

（3）下图为不同温度条件下电流强度对CH4转化率的影响。由图可知，电流对不同催化剂、不同温度条件下的甲烷水蒸气催化重整反应均有着促进作用，则可推知ΔH4____0（填“>”或“<”）。

（4）下图为不同温度条件下6小时稳定测试电流强度对H2产率的影响。由图可知，随着温度的降低，电流对H2产率的影响作用逐渐____________（填“增加”“减小”或“不变”），600 ℃时，电流对三种催化剂中的____________（用图中的催化剂表示式回答）影响效果最为显著，当温度高于750 ℃时，无论电流强度大小，有无催化剂，H2产率趋于相同，其原因是______________。

（5）我国科学家对甲烷和水蒸气催化重整反应机理也进行了广泛研究，通常认为该反应分两步进行。第一步：CH4催化裂解生成H2和碳（或碳氢物种），其中碳（或碳氢物种）吸附在催化剂上，如CH4→Cads/[C(H)n]ads+(2–2n)H2；第二步：碳（或碳氢物种）和H2O反应生成CO2和H2，如Cads/[C(H)n]ads +2H2O→CO2 +(2+2n)H2。反应过程和能量变化残图如下（过程①没有加催化剂，过程②加入催化剂），过程①和②ΔH的关系为：①_______②（填“＞”“＜”或“＝”）；控制整个过程②反应速率的是第_______步，其原因为____________________________。

【答案】33.32 ΔH1+2ΔH3−ΔH2 硫能使催化剂中毒（或硫能使催化剂活性下降等） > 增加 10Ni−3MgO/γ−Al2O3 温度高于750 ℃时，几种情况下的反应均达到平衡，催化剂不改变平衡状态 = Ⅱ 第Ⅱ步的活化能大，反应速率慢

【解析】

【分析】

【详解】

（1）方程式CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g)，是由方程式①+2×③−②得到，K4=2132KKK=210.21.40.6=33.32，ΔH4=ΔH1+2ΔH3−ΔH2。

（2）硫会与催化剂反应，会使催化剂中毒，因此要脱硫。

（3）由图可知电流相同时，750 ℃甲烷的转化率比600 ℃时甲烷的转化率高，说明温度越高，转化率越高，K越大，ΔH4>0。

（4）据图可知，随温度降低，H2产率的变化幅度也增大，电流对H2产率的影响作用逐渐增加；600 ℃时，10Ni−3MgO/γ−Al2O3催化剂在不同电流时H2产率的变化幅度最大，因此电流对10Ni−3MgO/γ−Al2O3催化剂影响最为显著；测试时间为6小时，当温度高于750 ℃时，由于反应速率加快，反应已经达平衡移动，而催化剂不影响平衡移动，因此无论电流强度大小，有无催化剂，H2产率趋于相同。

（5）同一化学反应，催化剂只能改变反应的速率，对反应热不会造成影响，故过程①和②ΔH相等。根据活化能越大，反应速率就越慢，故控制整个反应速率的是活化能较高的步骤，即控速步骤为第Ⅱ步。

3．碳元素形成的有机化合物在动植物体内及人类生存环境中有着相当广泛的存在，起着非常重要的作用。请结合下列有关含碳化合物的研究，完成下列填空。

（1）为了高效利用能源并且减少CO2的排放，可用下列方法把CO2转化成甲醇燃料：

①CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g) △H=akJ•mol−1

②2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) △H=bkJ•mol−1

③CH3OH(g)=CH3OH(l) △H=ckJ•mol−1

④H2O(g)=H2O(l) △H=dkJ•mol−1

则表示CH3OH(l)燃烧热的热化学方程式为___。

（2）用甲醇燃料电池电解处理酸性含铬废水(主要含有Cr2O72−)，用如图装置模拟该过程：

①请完成电解池中Cr2O72−转化为Cr3+的离子方程式___。

②当甲池中消耗甲醇1.6g时，乙池中两电极的质量差为___g。

（3）葡萄糖和果糖为同分异构体，在一定条件下，C6H12O6（葡萄糖）C6H12O6（果糖） △H﹤0。该反应的速率方程式可表示为v(正)=k(正)c(葡)、v(逆)=k(逆)c(果)，k(正)和k(逆)在一定温度下为常数，分别称作正、逆反应速率常数。T1温度下，k(正)=0.06s−1，k(逆)=0.002s−1。

①T1温度下，该反应的平衡常数K1=___。

②该反应的活化能Ea(正)___Ea(逆)(填“大于”、“小于”或“等于”）。

③该T2温度下，从开始反应到平衡的过程中，葡糖糖的质量分数变化如图所示。可以确定温度T2___T1（填“大于”、“小于”或“等于”）。