(通用版)2020高考化学二轮复习题型三化学反应原理综合题的研究大题突破教案
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1、化学反应原理综合题的研究考向突破一化学平衡与能量变化的结合1题型特点这类试题往往以化学反应速率,化学平衡知识为主题,借助图像、图表的手段,综合考查关联知识,关联知识主要有:(1)H符号的判断、热化学方程式的书写、应用盖斯定律计算H。(2)化学反应速率的计算与比较,外因对化学反应速率的影响(浓度、压强、温度、催化剂)。(3)平衡常数、转化率的计算,温度对平衡常数的影响;化学平衡状态的判断,用化学平衡的影响因素进行分析和解释。(4)在多层次曲线图中反映化学反应速率、化学平衡与温度、压强、浓度的关系。2热化学方程式的书写及反应热计算技巧首先根据要求书写目标热化学方程式的反应物、生成物并配平,其次在反
2、应物和生成物的后面括号内注明其状态,再次将目标热化学方程式与已有的热化学方程式比对(主要是反应物和生成物的位置、化学计量数),最后根据盖斯定律进行适当运算得出目标热化学方程式的反应热H,空一格写在热化学方程式右边即可。3解答化学平衡移动问题的步骤(1)正确分析反应特点:包括反应物、生成物的状态、气体体积变化、反应的热效应。(2)明确外界反应条件:恒温恒容、恒温恒压、反应温度是否变化、反应物配料比是否变化。(3)结合图像或K与Q的关系、平衡移动原理等,判断平衡移动的方向或结果。(4)结合题意,运用“三段式”,分析计算、确定各物理量的变化。4分析图表与作图时应注意的问题(1)仔细分析并准确画出曲线
3、的最高点、最低点、拐点和平衡点。(2)找准纵坐标与横坐标的对应数据。(3)描绘曲线时注意点与点之间的连接关系。(4)分析表格数据时,找出数据大小的变化规律。1从空气中捕获CO2直接转化为甲醇是二十多年来“甲醇经济”领域的研究热点,诺贝尔化学奖获得者乔治安德鲁欧拉教授首次以金属钌作催化剂实现了这种转化,其转化如图所示。(1)如图所示转化中,第4步常采取蒸馏法分离生成的甲醇和水,其依据是_。(2)如图所示转化中,由第1步至第4步的反应热(H)依次是a kJmol1、b kJmol1、c kJmol1、dkJmol1,则该转化总反应的热化学方程式是_。(3)一定温度下,利用金属钌作催化剂,在容积为2
4、L的密闭容器中可直接实现(2)中总反应的转化得到甲醇。测得该反应体系中X、Y浓度随时间变化如下表:反应时间/min0246810X的浓度/molL11.1000.55000.30000.15000.10000.1000Y的浓度/molL10.0000.55000.80000.95001.0001.000X的电子式是_,判断的理由是_。从反应开始到平衡,用另一反应物Z表示的平均反应速率v(Z)_。下列不可作为反应达到平衡状态的标志的是_(填字母)。A混合气体的密度不再变化B生成1molCO2的同时生成1molCH3OHC混合气体的平均相对分子质量不再变化DCH3OH的体积分数不再变化若起始时只有
5、反应物且反应物Z的起始浓度为3.400molL1,则该条件下该反应的平衡常数K_。下列说法正确的是_(填字母)。a金属钌可大大提高该反应的化学反应速率和反应物的转化率bX的平衡转化率是90.91%c其他条件不变时,若起始投料是原来的2倍,X的平衡转化率低于90.91%d其他条件相同而温度升高时,测得X的平衡转化率为93%,由此可知该反应为吸热反应答案(1)甲醇与水互溶且甲醇的沸点比水低30以上(2)CO2(g)3H2(g)CH3OH(l)H2O(l)H(abcd) kJmol1(3)X随反应进行浓度减小,因此X为反应物,且其相同时间内转化量与Y相同,则其在方程式中的化学计量数应与Y相同,因此X
6、是CO20.3750molL1min1CD156.25bd解析(1)可用蒸馏法分离的两种物质的特点应该是沸点相差大于等于30的互溶液体。(2)根据图示是一个闭合的“环”,说明总反应的反应热是四步反应的反应热之和,结合碳元素守恒,可以写出总反应的热化学方程式:CO2(g)3H2(g)H2O(l)CH3OH(l)H(abcd) kJmol1。(3)根据表中数据,随着反应时间延长,X的浓度下降而Y的浓度从0开始增大,说明X为反应物,Y为生成物,又因为在相同时间内X的浓度变化量与Y的相同,说明在总反应化学方程式中X和Y的化学计量数应相等,满足此条件的反应物只有CO2,所以X为CO2,电子式为该反应只有
7、两种反应物,所以Z为H2,v(H2)3v(CO2)30.375 0 molL1min1。该反应的生成物为液态,因此混合气体的密度不再改变,可以作为反应达到平衡状态的标志;生成1 mol CO2为逆反应,生成1 mol CH3OH为正反应,生成1 mol CO2的同时生成1 mol CH3OH说明v正v逆,可作为反应达到平衡状态的标志;该反应的生成物均为液态,因此混合气体的平均相对分子质量不会发生变化,C项不可以作为反应达到平衡状态的标志;该反应的反应物均为气态,生成物均为液态,CH3OH的体积分数不再变化不能作为反应达到平衡状态的标志。根据题中数据,列“三段式”:CO2(g)3H2(g)H2O
8、(l)CH3OH(l)起始浓度/molL1 1.100 3.400 0 0变化浓度/molL1 1.000 3.000 1.000 1.000平衡浓度/molL1 0.100 0.400 1.000 1.000则K156.25。催化剂只能提高化学反应速率,不能使平衡移动,因此不能提高反应物的转化率,所以a错误;CO2的平衡转化率为100%90.91%,所以b正确;其他条件不变时,将起始投料增大1倍,相当于增大压强,化学平衡向气体分子数减少的方向移动,即正向移动,X的平衡转化率将增大,应高于90.91%,所以c错误;其他条件相同而升高温度,X的平衡转化率增大至93%,即升温平衡正向移动,说明正反
9、应为吸热反应,所以d正确。2甲烷主要存在于天然气和可燃冰中,在地球上储量巨大,充分利用甲烷对人类的未来发展具有重要意义。(1)乙炔(CHCH)是重要的化工原料。工业上可用甲烷裂解法制取乙炔,反应为2CH4(g)C2H2(g)3H2(g)。甲烷裂解时还发生副反应:2CH4(g)C2H4(g)2H2(g)。甲烷裂解时,几种气体平衡时分压(Pa)的对数即lgp与温度()之间的关系如图所示。1725时,向恒容密闭容器中充入CH4,达到平衡时CH4生成C2H2的平衡转化率为_。1725时,若图中H2的lgp5, 则反应2CH4(g)C2H2(g)3H2(g)的平衡常数Kp_(用平衡分压代替平衡浓度进行计
10、算)。根据图判断,2CH4(g)C2H2(g)3H2(g)的H_(填“”或“”)0。由题可知,甲烷裂解制乙炔过程中有副产物乙烯生成。为提高甲烷制乙炔的产率,除改变温度外,还可采取的措施有_。(2)工业上用甲烷和水蒸气在高温和催化剂存在的条件下制得合成气(CO、H2),发生反应:CH4(g)H2O(g)CO(g)3H2(g)H0。图中a、b、c、d四条曲线中的两条代表压强分别为1MPa、2MPa时甲烷含量曲线,其中表示1MPa的是_(填字母)。在实际生产中采用图中M点而不是N点对应的反应条件,运用化学反应速率和平衡知识,同时考虑生产实际,说明选择该反应条件的主要原因是_。(3)利用CH4、CO2
11、在一定条件下重整的技术可得到富含CO的气体,此技术在能源和环境上具有双重重大意义。重整过程中的催化转化原理如图所示。已知:CH4(g)H2O(g)CO(g)3H2(g)H206.2kJmol1CH4(g)2H2O(g)CO2(g)4H2(g)H165.0kJmol1过程中第二步反应的化学方程式为_。只有过程投料比n(CH4)n(CO2)_,过程中催化剂组成才会保持不变。该技术总反应的热化学方程式为_。答案(1)62.5%11013充入适量乙烯或使用选择性更高的催化剂等(2)a与2MPa时相比,1MPa条件下CH4的平衡转化率更高,对设备要求不高,有利于降低成本;虽然温度越高越有利于提高CH4的
12、平衡转化率,但700时CH4的平衡转化率已经较高,再升高温度,平衡转化率变化不大;700时催化剂活性高,反应的速率快(3)3Fe4CaCO3Fe3O44CaO4CO13CH4(g)3CO2(g)2H2O(g)4CO(g)H329.8kJmol1解析(1)由图可知,1725达到平衡时,CH4、C2H2、C2H4的平衡分压的对数分别为2、2、1,故CH4、C2H2、C2H4的平衡分压分别为100Pa、100Pa、10Pa,在同温同体积条件下,不同气体的压强之比等于其物质的量之比,故CH4、C2H2、C2H4的物质的量之比为10101,由C原子守恒可知,CH4生成C2H2的平衡转化率为100%62.
13、5%。1725时,若图中H2的lgp5,则H2的平衡分压为1105Pa,反应2CH4(g)C2H2(g)3H2(g)的平衡常数Kp11013。根据图可知,C2H2的平衡分压随温度升高而增大,平衡正向移动,所以反应2CH4(g)C2H2(g)3H2(g)为吸热反应,H0。甲烷裂解制乙炔过程中有副产物乙烯生成,为提高甲烷制乙炔的产率,可充入适量乙烯使副反应的平衡向逆反应方向移动,或使用对甲烷转化为乙炔的选择性更高的催化剂等。(2)CH4(g)H2O(g)CO(g)3H2(g)H0,该反应为气体分子数增大的吸热反应,平衡时甲烷的含量随温度升高而减小、随压强增大而增大,所以,图中a、b、c、d四条曲线
14、中表示1MPa的是a。在实际生产中采用图中M点而不是N点对应的反应条件,类比工业上合成氨条件的选择可知,选择该反应条件的主要原因是与2MPa时相比,1MPa条件下CH4的平衡转化率更高,对设备要求不高,有利于降低成本;虽然温度越高越有利于提高CH4的平衡转化率,但700时CH4的平衡转化率已经较高,再升高温度,平衡转化率变化不大;700时催化剂活性高,反应的速率快。(3)由题中重整过程的催化转化原理示意图可知,过程中第一步反应是为了实现含氢物质与含碳物质的分离,故第一步反应为一氧化碳、二氧化碳、氢气与四氧化三铁、氧化钙反应生成铁、碳酸钙和水;过程中第二步是为了得到富含CO的气体,反应的化学方程
15、式为3Fe4CaCO3Fe3O44CaO4CO。结合过程反应CH4(g)CO2(g)2H2(g)2CO(g)中H2与CO的配比,以及过程第二步反应中Fe、CaCO3、Fe3O4、CaO的配比可知,第一步反应为Fe3O44CaO2CO2H22CO23Fe4CaCO32H2O,因此投料比n(CH4)n(CO2)13时,过程中催化剂组成才会保持不变。将题给两个反应编号为a和b,根据盖斯定律,由4a3b可得CH4(g)3CO2(g)2H2O4CO(g),H(206.2kJmol1)4(165.0kJmol1)3329.8kJmol1。3“循环经济”和“低碳经济”是目前备受关注的课题,因而对碳、硫及其化
16、合物的综合利用成为研究的热点。(1)下列事实中,能用来比较碳元素和硫元素的非金属性强弱的是_(填字母)。ASO2具有漂白性而CO2没有B少量H2SO3可与Na2CO3反应生成NaHCO3CSO2能使酸性KMnO4溶液褪色而CO2不能DNa2CO3溶液显碱性,而Na2SO4溶液显中性(2)通过热循环进行能源综合利用的反应系统的原理如下图所示。系统()制取氢气的热化学方程式为_;两个系统制得等量的H2时所需能量较少的是_。(3)向10L恒容密闭容器中充入2molCO和1molSO2,发生反应2CO(g)SO2(g)S(g)2CO2(g)。CO和CO2的平衡体积分数()与温度(T)的变化关系如下图所
17、示。图中表示CO的平衡体积分数与温度的变化关系的曲线为_(填“L1”或“L2”)。T1时,SO2的平衡转化率1_,反应的平衡常数K1_。只改变下列条件,既能加快该反应的反应速率,又能增大CO的平衡转化率的是_(填字母)。A增大压强B充入一定量的H2SC充入一定量的SO2D加入适当催化剂向起始温度为T1的10L绝热容器中充入2molCO和1molSO2,重复实验,该反应的平衡常数K2_(填“”“”或“”)K1,理由为_。答案(1)D(2)S(g)2H2O(g)SO2(g)2H2(g)H158.8kJmol1系统()(3)L250%1C该反应为吸热反应,平衡时绝热容器内的温度低于恒温容器内的温度,
18、平衡逆向移动,平衡常数减小解析(1)SO2具有漂白性,其原因为SO2与有色物质反应生成不稳定的无色物质,与元素的非金属性无关,A错误;少量H2SO3可与Na2CO3反应生成NaHCO3,证明H2SO3的酸性强于HCO的酸性,但不能比较碳元素与硫元素的非金属性强弱,B错误;SO2能使酸性KMnO4溶液褪色,体现其还原性,低价态氧化物的还原性强弱不能用于比较元素的非金属性强弱,C错误;Na2CO3溶液显碱性说明H2CO3为弱酸,Na2SO4溶液显中性说明H2SO4为强酸,最高价氧化物对应的水化物的酸性越强,元素的非金属性越强,D正确。(3)该反应为吸热反应,温度升高,平衡正向移动,CO的平衡体积分
19、数减小,CO2的平衡体积分数增大,故图中表示CO的平衡体积分数与温度的变化关系的曲线为L2。由图中信息,T1时,M点对应体系中CO和CO2的平衡体积分数相等,则平衡时CO和CO2的物质的量相等,设参与反应的SO2的物质的量为x,根据“三段式”法可得2 mol2x2x,解得x0.5 mol,故SO2的平衡转化率1100%50%。同时计算得CO(g)、SO2(g)、S(g)、CO2(g)的平衡浓度分别为0.1 molL1、0.05 molL1、0.05 molL1、0.1 molL1,故该反应的平衡常数K11。考向突破二化学平衡与电解质溶液的结合1题型特点此类试题以元素及化合物、化学平衡知识为主题
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