2020-2021高考化学培优 易错 难题(含解析)之化学反应原理综合考查含答案

2020-2021高考化学培优 易错 难题(含解析)之化学反应原理综合考查含答案

一、化学反应原理综合考查

1．研究CO和CO2的利用对促进低碳社会的构建具有重要意义。请回答下列问题：

(1)利用CO和H2在一定条件下可合成甲醇，发生反应： CO(g)+ 2H2(g)ƒ CH3OH(g)，其两种反应过程中能量的变化曲线如图中a、b所示，下列说法正确的是_____(填字母)。

A.上述反应的△H= -91 kJ·mol-1

B.该反应自发进行的条件为高温

C. b过程使用催化剂后降低了反应的活化能和∆H

D. b过程的反应速率：第Ⅱ阶段＞第Ⅰ阶段

(2)若反应CO(g)+2H2(g)ƒCH3OH(g)在温度不变且体积恒定为1L密闭容器中发生，反应过程中各物质的物质的量随时间变化见表所示：

时间/min 0 5 10 15

H2 4 2

CO 2 1

CH3OH(g) 0 0.7

①下列各项能作为判断该反应达到平衡标志的是_______(填字母)

A.2v正(H2)=v逆(CH3OH)

B. CO与CH3OH的物质的量之比保持不变

C.混合气的平均相对分子质量保持不变

D.混合气体的密度保持不变

②若起始压强为P0kPa，反应速率若用单位时间内分压的变化表示，则10 min内H2的反应速率v(H2)=_____kPa/min；该温度下反应的平衡常数Kp=______。(分压=总压×物质的量分数)。

(3)甲和乙两个恒容密闭容器的体积相同，向甲中加入1 mol CO和2 mol H2，向乙中加入2 mol CO和4 molH2，测得不同温度下CO的平衡转化率如图所示，则L、M两点容器内平衡常数：K(M)_____ K(L)； 压强：p(M)__2p(L)。(填“＞”“<”或“=”)

(4)以纳米二氧化钛为工作电极，稀硫酸为电解质溶液，在一定条件下通入CO2进行电解，在阴极可制得低密度聚乙烯()。电解时，阴极的电极反应式是_________。

【答案】AD BC 030P 209P kPa-2（可不带单位） ＜ ＞ 2nCO2+12ne－+12nH+=+4nH2O

【解析】

【分析】

【详解】

(1)A.对于反应CO(g)+ 2H2(g)ƒ CH3OH(g)，根据反应过程中能量的变化图可得△H=正反应的活化能-逆反应的活化能=419 kJ·mol-1-510 kJ·mol-1= -91 kJ·mol-1，A项正确；

B.该反应正向是气体粒子数目减小的反应，属于熵减过程△S＜0，根据△G=△H-T△S，△G＜0可自发，需要低温环境才可以自发，B项错误；

C.b过程使用催化剂后降低了反应的活化能，但是∆H只与反应始末状态有关，与反应途径无关，∆H故不变，C项错误；

D.b过程中第I阶段正反应活化能较高，故活化分子的百分含量较低，因此化学反应速率较慢，b过程的反应速率：第I阶段＜第Ⅱ阶段，D项正确。

故说法正确的选AD。

(2) ①A.对于反应CO(g)+2H2(g)ƒCH3OH(g)，当v正(H2)=2v逆(CH3OH)时，反应到达平衡，2v正(H2)=v逆(CH3OH)，正逆反应各物质速率不成比例，未达到平衡，故A项错误；

B.反应物CO与生成物CH3OH的物质的量之比从开始反应逐渐减小，若保持不变可以说明达到平衡，B项正确；

C.混合气的平均相对分子质量数值上等于摩尔质量M=mn，因为质量守恒m不变，该反应正向是气体粒子数目较小方向，n会减小，M会增大，达到平衡之后M不变，故C项正确；

D.混合气体的密度=mV，m不变容器体积固定，则混合气体的密度是个定值，一直不变，不能做平衡的判定依据，D项错误；

故能作为判断该反应达到平衡标志的是BC； ②同温1L容器中，气体的物质的量与压强呈正比，初始加入2 mol CO和4 molH2，混合气体共6mol，起始压强为P0kPa，则起始氢气的分压23P0kPa，反应10

min

H2的物质的量为2mol，是原来氢气物质的量的一半，反应10

min

H2的分压13P0kPa，故10 min内H2的反应速率v(H2)=2tPH= 0010min2133PkPaPkPa=030P kPa/min；反应10 min H2的物质的量为2mol，CO的物质的量为1mol，生成的甲醇为1mol，混合气体共4mol，那么H2的物质的量分数0.5，CO和甲醇的物质的量分数均为0.25。反应15min和反应10min数据一样，故10min已经达到平衡。由于气体的物质的量与压强呈正比，故0PP平=0nn平=32，得P平=230P kPa，则平衡时H2的分压P2H=0.5×230P=130P kPa，同理PCO=

P3CHOH=0.25×230P=160P kPa，该温度下平衡常数Kp=322P(CHOH)P(CO)P(H)g=0200161163PkPaPkPaPkPa=209P kPa-2；

(3)根据CO的平衡转化率-T-P图分析，其他条件不变（观察甲或者乙），升高温度，CO的平衡转化率降低，根据平衡移动原理该可逆反应的正反应是放热的，则K值随温度升高而降低，由于甲和在在温度不变的时候平衡常数是相同的，故L、M两点容器内平衡常数：K(M)＜K(L)；向甲中加入1 mol CO和2 mol H2，向乙中加入2 mol CO和4

molH2，在相同转化率的情况下，平衡时刻乙的总物质的量等于甲总物质的量的2倍，由气体状态方程PV=nRT，温度越高气体的压强越大，故压强：p(M)＞2p(L)；

(4)通入CO2进行在硫酸电解质中电解，在阴极可制得低密度聚乙烯()，2nCO2→，碳元素化合价从+4降到-2，每个碳得6个电子，2nCO2共得12n个电子，则阴极的电极反应式是2nCO2+12ne－+12nH+=+4nH2O。

2．过氧乙酸(CH3CO3H)是一种广谱高效消毒剂，不稳定、易分解，高浓度易爆炸。常用于空气、器材的消毒，可由乙酸与H2O2在硫酸催化下反应制得，热化学方程式为：CH3COOH(aq)+H2O2(aq)⇌CH3CO3H(aq)+H2O(l) △H=-13.7KJ/mol

(1)市售过氧乙酸的浓度一般不超过21%，原因是____ 。

(2)利用上述反应制备760 9 CH3CO3H，放出的热量为____kJ。

(3)取质量相等的冰醋酸和50% H2O2溶液混合均匀，在一定量硫酸催化下进行如下实验。

实验1：在25 ℃下，测定不同时间所得溶液中过氧乙酸的质量分数。数据如图1所示。 实验2：在不同温度下反应，测定24小时所得溶液中过氧乙酸的质量分数，数据如图2所示。

①实验1中，若反应混合液的总质量为mg，依据图1数据计算，在0—6h间，v(CH3CO3H)=____ g／h（用含m的代数式表示）。

②综合图1、图2分析，与20 ℃相比，25 ℃时过氧乙酸产率降低的可能原因是_________。（写出2条）。

(4) SV-1、SV-2是两种常用于实验研究的病毒，粒径分别为40 nm和70 nm。病毒在水中可能会聚集成团簇。不同pH下，病毒团簇粒径及过氧乙酸对两种病毒的相对杀灭速率分别如图3、图4所示。

依据图3、图4分析，过氧乙酸对SV-1的杀灭速率随pH增大而增大的原因可能是______

【答案】高浓度易爆炸（或不稳定，或易分解） 137 0.1m/6 温度升高，过氧乙酸分解；温度升高，过氧化氢分解，过氧化氢浓度下降，反应速率下降 随着pH升高，SV-1的团簇粒径减小，与过氧化氢接触面积增大，反应速率加快

【解析】

【分析】

（1）过氧乙酸(CH3CO3H)不稳定、易分解，高浓度易爆炸，为了安全市售过氧乙酸的浓度一般不超过21%

(2) 利用热化学方程式中各物质的系数代表各物质的物质的量来计算

(3) 结合图象分析计算

【详解】

(1)市售过氧乙酸的浓度一般不超过21%，原因是不稳定、易分解，高浓度易爆炸。

(2) 利用热化学方程式中各物质的系数代表各物质的物质的量来计算。 利用上述反应制备760 g CH3CO3H，物质的量是10mol,所以放出的热量是方程式中反应热的10倍为137kJ。

(3) ①实验1中，若反应混合液的总质量为mg，依据图1数据计算，在0—6h间，v(CH3CO3H)=0.1

②综合图1、图2分析，与20 ℃相比，25 ℃时过氧乙酸产率降低的可能原因是温度升高，过氧乙酸分解；温度升高，过氧化氢分解，过氧化氢浓度下降，反应速率下降 。

（4）依据图3、图4分析，过氧乙酸对SV-1的杀灭速率随pH增大而增大的原因可能是随着pH升高，SV-1的团簇粒径减小，与过氧化氢接触面积增大，反应速率加快。

3．已知，常温下H2S、H2CO3 的电离常数如下表

Ka1 Ka2

H2S 9.1×10-8 1×10-15

H2CO3 4.3×10－7 5.6×10－11

（1）①常温下，0.1mol/L的硫化钠溶液和0.1mol.L-1的碳酸钠溶液，碱性更强的是_______。其原因是_____________________________。

② 常温下，硫化钠水解的离子方程式_____________________________。

（2）H2S能与许多金属离子发生反应，生成溶解度不同和各种颜色的金属硫化物沉淀，可用于分离和鉴定金属离子。

①常温下，NaHS溶液显______（选填“酸性”、“中性”或“碱性”）

②常温下，向100 mL 0.1 mol·L－1 H2S溶液中滴加0.1 mol·L－1NaOH溶液，得到溶液pH与NaOH溶液体积的关系曲线如图所示：

试分析图中a、b、c、d四个点，水的电离程度最大的是________；在b点，溶液中各离子浓度由大到小的排列顺序是______________________________。

（3）脱除天然气中的硫化氢既能减少环境污染，又可回收硫资源，该部分硫化氢用过量NaOH溶液吸收后，再以石墨作电极电解该溶液可回收硫，写出电解得到硫的总反应方程式（忽略氧的氧化还原）_______________；从整个生产工艺的角度分析，该方法不仅能减少环境污染、回收硫、得到一定量的副产物，还具有的优点是___________。

【答案】硫化钠溶液 硫化氢的Ka2 小于碳酸的Ka2 ，硫化钠更易水解 S2- + H2OHS- +

OH-、HS- + H2OH2S + OH- 碱性 c c(Na＋)＞c(HS－)＞c(OH－)＝c(H＋) ＞c(S2－)

Na2S＋2H2OS↓＋H2↑＋2NaOH 或S2－＋2H2OS↓＋H2↑＋2OH－ 产物NaOH可循环使用

【解析】

试题分析：（1）① H2CO3的第二步电离平衡常数是5.6×10－11，大于H2S的第二步电离平