专题14 化学反应原理综合-2020年高考化学真题与模拟题分类训练(教师版含解析)
《专题14 化学反应原理综合-2020年高考化学真题与模拟题分类训练(教师版含解析)》由会员分享,可在线阅读,更多相关《专题14 化学反应原理综合-2020年高考化学真题与模拟题分类训练(教师版含解析)(43页珍藏版)》请在七七文库上搜索。
1、专题 14 化学反应原理综合 1 (2020 年新课标)硫酸是一种重要的基本化工产品, 接触法制硫酸生产中的关键工序是 SO2的催化氧化: SO2(g)+ 1 2 O2(g) 钒催化剂 SO3(g) H=98 kJmol 1。回答下列问题: (1)钒催化剂参与反应的能量变化如图所示,V2O5(s)与 SO2(g)反应生成 VOSO4(s)和 V2O4(s)的热化学方程式 为:_。 (2)当 SO2(g)、 O2(g)和 N2(g)起始的物质的量分数分别为 7.5%、 10.5%和 82%时, 在 0.5MPa、 2.5MPa 和 5.0MPa 压强下,SO2平衡转化率 随温度的变化如图所示。反
2、应在 5.0MPa、550时的 =_,判断的依 据是_。影响 的因素有_。 (3)将组成(物质的量分数)为 2m% SO2(g)、m% O2(g)和 q% N2(g)的气体通入反应器,在温度 t、压强 p 条件下 进行反应。平衡时,若 SO2转化率为 ,则 SO3压强为_,平衡常数 Kp=_(以分压表 示,分压=总压 物质的量分数)。 (4)研究表明,SO2催化氧化的反应速率方程为:v=k( 1)0.8(1n)。式中:k 为反应速率常数,随温度 t 升高而增大; 为 SO2平衡转化率, 为某时刻 SO2转化率, n 为常数。 在 =0.90 时, 将一系列温度下的 k、 值代入上述速率方程,得
3、到 vt 曲线,如图所示。 2020 年高考真题年高考真题 曲线上 v 最大值所对应温度称为该 下反应的最适宜温度 tm。ttm后,v 逐渐下降。 原因是_。 【答案】(1)2V2O5(s)+ 2SO2(g) 2VOSO4(s)+ V2O4(s) H= -351 kJmol-1 (2)0.975 该反应气体分子数减少,增大压强, 提高。所以,该反应在 550、压强为 5.0MPa2.5MPa p的,所以 p1=5.0MPa 反应物(N2和 O2)的起始浓度(组成)、温度、压强 (3) 2m 100m p 0.5 1.5 1 100 mp m (4)升高温度, k 增大使 v 逐渐提高, 但 降
4、低使 v 逐渐下降。 当 ttm, k 增大对 v 的提高大于 引起的降低; 当 ttm,k 增大对 v 的提高小于 引起的降低 【解析】 【分析】 根据盖斯定律, 用已知的热化学方程式通过一定的数学运算, 可以求出目标反应的反应热; 根据压强对化学平衡的影响,分析图中数据找到所需要的数据;根据恒压条件下总压不变,求出各组分的 分压,进一步可以求出平衡常数;根据题中所给的速率公式,分析温度对速率常数及二氧化硫的转化率的 影响,进一步分析对速率的影响。 【详解】(1)由题中信息可知: SO2(g)+ 1 2 O2(g)SO3(g) H= -98kJmol-1 V2O4(s)+ SO3(g)V2O
5、5(s)+ SO2(g) H2= -24kJmol-1 V2O4(s)+ 2SO3(g)2VOSO4(s) H1= -399kJmol-1 根据盖斯定律可知,-2 得 2V2O5(s)+ 2SO2(g) 2VOSO4(s)+ V2O4(s),则H= H1-2H2=( -399kJmol-1)-( -24kJmol-1)2= -351kJmol-1, 所以该反应的热化学方程式为: 2V2O5(s)+ 2SO2(g) 2VOSO4(s)+ V2O4(s) H= -351 kJmol-1; (2) SO2(g)+ 1 2 O2(g)SO3(g),该反应是一个气体分子数减少的放热反应,故增大压强可以使
6、化学平衡向正反 应方向移动。 因此, 在相同温度下, 压强越大, SO2的平衡转化率越大, 所以, 该反应在 550、 压强为 5.0MPa 条件下,SO2的平衡转化率一定高于相同温度下、压强为 2.5MPa 的,因此,p1=5.0MPa,由图中数据可知, =0.975。影响 的因素就是影响化学平衡移动的因素,主要有反应物(N2和 O2)的浓度、温度、压强等。 (3)假设原气体的物质的量为 100mol,则 SO2、O2和 N2的物质的量分别为 2m mol、m mol 和 q mol, 2m+m+q=3m+q=100,SO2的平衡转化率为 ,则有下列关系: 22 3 1 SO+O SO 2
7、0 ()2mm 2 ()2 2 ()2m(1- )m(1) mol m molmm m mol 矾催化剂 起始量 变化量 平衡量 平衡时气体的总物质的量为 n(总)= 2m(1-)+m(1-)+2mmol+q mol,则 SO3的物质的量分数为 3 n SO2m mol2m 100%100%100% n2m 1m 12m molq?mol100m 总 。 该反应在恒压 容器中进行,因此,SO3的分压 p(SO3)= 2m 100m p ,p(SO2)= 2m 1 100m p ,p(O2)= m 1 100m p ,在该条 件下,SO2(g)+ 1 2 O2(g)2SO3(g) 的 Kp= 3
8、 0.50.50.5 1.5 22 2m SO 100m SO 2m 1m 1 1 100 100m100m p p ppO mppp m 。 (4) 由于该反应是放热反应,温度升高后 降低。由题中信息可知,v= 0.8 k11n ,升高温度,k 增大使 v 逐渐提高,但 降低使 v 逐渐下降。当 ttm,k 增大对 v 的提高大于 引起的降低;当 ttm,k 增大对 v 的提高小于 引起的降低。 【点睛】本题有关化学平衡常数的计算是一个难点,尤其题中给的都是字母型数据,这无疑增大了难度。 这也是对考生的意志的考验,只要巧妙假设、小心求算,还是可以得到正确结果的,毕竟有关化学平衡的 计算是一种
9、熟悉的题型。本题的另一难点是最后一问,考查的是速率公式与化学平衡的综合理解,需要明 确化学反应速率与速率常数及平衡转化率之间的函数关系,才能作出正确的解答。所以,耐心和细心才是 考好的保证。 2(2020 年新课标)天然气的主要成分为 CH4,一般还含有 C2H6等烃类,是重要的燃料和化工原料。 (1)乙烷在一定条件可发生如下反应:C2H6(g)= C2H4(g)+H2(g) H,相关物质的燃烧热数据如下表所示: 物质 C2H6(g) C2H4(g) H2(g) 燃烧热 H/( kJ mol1) -1560 -1411 -286 H=_kJ mol1。 提高该反应平衡转化率的方法有_、_。 容
10、器中通入等物质的量的乙烷和氢气,在等压下(p)发生上述反应,乙烷的平衡转化率为 。反应的平衡 常数 Kp=_(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压 物质的量分数)。 (2)高温下,甲烷生成乙烷的反应如下:2CH4 高温 C2H6+H2。反应在初期阶段的速率方程为:r=k 4 CH c , 其中 k 为反应速率常数。 设反应开始时的反应速率为 r1,甲烷的转化率为 时的反应速率为 r2,则 r2=_ r1。 对于处于初期阶段的该反应,下列说法正确的是_。 A增加甲烷浓度,r 增大 B增加 H2浓度,r 增大 C乙烷的生成速率逐渐增大 D降低反应温度,k 减小 (3)CH4和 CO2都是比较稳定
11、的分子, 科学家利用电化学装置实现两种分子的耦合转化, 其原理如下图所示: 阴极上的反应式为_。 若生成的乙烯和乙烷的体积比为 21,则消耗的 CH4和 CO2体积比为_。 【答案】(1)137 升高温度 减小压强(增大体积) (1+ ) p (2+ )(1- ) (2)1 AD (3)CO2+2e=CO+O2 65 【解析】 【分析】 (1)先写出三种气体的燃烧热的热化学方程式, 然后根据盖斯定律进行计算, 得到目标反应的H; 反应 C2H6(g)C2H4(g) + H2(g)为气体体积增大的吸热反应,升高温度、减小压强平衡等都向正反应方向 移动; 根据已知乙烷的转化率, 设起始时加入的乙烷
12、和氢气各为 1mol, 列出三段式, 求出平衡时各物质的分压, 带入平衡常数的计算公式进行计算; (2)根据 r=k 4 CH c ,若 r1=kc,甲烷转化率为时, 甲烷的浓度为 c(1-),则 r2= kc(1-); 根据反应初期的速率方程为:r=k 4 CH c ,其中 k 为反应速率常数,据此分析速率变化的影响因素; (3)由图可知,CO2在阴极得电子发生还原反应,电解质传到 O2-,据此写出电极反应; 令生成乙烯和乙烷分别为 2 体积和 1 体积,根据阿伏加德罗定律,同温同压下,气体体积比等于物质的 量之比,再根据得失电子守恒,得到发生的总反应,进而计算出为消耗 CH4和 CO2的体
13、积比。 【详解】(1)由表中燃烧热数值可知: C2H6(g)+ 7 2 O2(g)=2CO2(g) +3H2O(l) H1= -1560kJmol-1;C2H4(g)+3O2(g)=2CO2(g) +2H2O(l) H2= -1411kJmol-1; H2(g)+ 1 2 O2(g)=H2O(l) H3= -286kJmol-1; 根据盖斯定律可知, -得 C2H6(g) =C2H4(g) + H2(g),则H= H1-H2-H3=( -1560kJmol-1)-( -1411kJmol-1)- ( -286kJmol-1)=137kJmol-1,故答案为 137; 反应 C2H6(g) C2
14、H4(g) + H2(g)为气体体积增大的吸热反应,升高温度、减小压强平衡都向正反应方向 移动,故提高该反应平衡转化率的方法有升高温度、减小压强(增大体积); 设起始时加入的乙烷和氢气各为 1mol,列出三段式, C2H6(g) C2H4(g) + H2(g) 起始(mol) 1 0 1 转化(mol) 平衡(mol) 1- 1+ 平衡时,C2H6、C2H4和 H2平衡分压分别为 1 2 p、 2 p 和 1 2 p,则反应的平衡常数为 Kp= 1 21 () ()() ; (2) 根据 r=k 4 CH c , 若 r1= kc, 甲烷转化率为时, 甲烷的浓度为 c(1-), 则 r2= k
15、c(1-), 所以 r2=(1-)r1; A增大反应物浓度反应速率增大,故 A 说法正确; B由速率方程可知,初期阶段的反应速率与氢气浓度无关,故 B 说法错误; C反应物甲烷的浓度逐渐减小,结合速率方程可知,乙烷的生成速率逐渐减小,故 C 说法错误; D化学反应速率与温度有关,温度降低,反应速率常数减小,故 D 正确。 答案选 AD。 (3) 由图可知,CO2在阴极得电子发生还原反应,电极反应为 CO2+2e-=CO+O2-; 令生成乙烯和乙烷分别为 2 体积和 1 体积,根据阿伏加德罗定律,同温同压下,气体体积比等于物质的 量之比,再根据得失电子守恒,得到发生的总反应为:6CH4+5CO2
16、=2C2H4+ C2H6+5H2O+5CO,即消耗 CH4 和 CO2的体积比为 6:5。 3(2020 年新课标)二氧化碳催化加氢合成乙烯是综合利用 CO2的热点研究领域。回答下列问题: (1)CO2催化加氢生成乙烯和水的反应中,产物的物质的量之比 n(C2H4)n(H2O)=_。当反应达到 平衡时,若增大压强,则 n(C2H4)_(填“变大”“变小”或“不变”)。 (2)理论计算表明,原料初始组成 n(CO2)n(H2)=13,在体系压强为 0.1MPa,反应达到平衡时,四种组分 的物质的量分数 x 随温度 T 的变化如图所示。 图中, 表示 C2H4、 CO2变化的曲线分别是_、 _。
17、CO2催化加氢合成 C2H4反应的 H_0(填“大 于”或“小于”)。 (3)根据图中点 A(440K,0.39),计算该温度时反应的平衡常数 Kp=_(MPa)3(列出计算式。以分压表 示,分压=总压 物质的量分数)。 (4)二氧化碳催化加氢合成乙烯反应往往伴随副反应,生成 C3H6、C3H8、C4H8等低碳烃。一定温度和压强条 件下,为了提高反应速率和乙烯选择性,应当_。 3 【答案】(1)14 变大 (2)d c 小于 (3) 3 91 40.039 或 4 3 62 0.39 0.39 1 4 0.39 0.1 0.39() 3 等 (4)选择合适催化剂等 【解析】 【分析】根据质量守
18、恒定律配平化学方程式,可以确定产物的物质的量之比。根据可逆反应的特点分析增 大压强对化学平衡的影响。根据物质的量之比等于化学计量数之比,从图中找到关键数据确定代表各组分 的曲线,并计算出平衡常数。根据催化剂对化反应速率的影响和对主反应的选择性,工业上通常要选择合 适的催化剂以提高化学反应速率、减少副反应的发生。 【详解】(1)CO2催化加氢生成乙烯和水,该反应的化学方程式可表示为 2CO2+6H2 CH2 = CH2+4H2O,因 此,该反应中产物的物质的量之比 n(C2H4):n(H2O)=1:4。由于该反应是气体分子数减少的反应,当反应 达到平衡状态时,若增大压强,则化学平衡向正反应方向移
19、动,n(C2H4)变大。 (2) 由题中信息可知,两反应物的初始投料之比等于化学计量数之比;由图中曲线的起点坐标可知,c 和 a 所表示的物质的物质的量分数之比为 1:3、d 和 b 表示的物质的物质的量分数之比为 1:4,则结合化学计量数 之比可以判断,表示乙烯变化的曲线是 d,表示二氧化碳变化曲线的是 c。由图中曲线的变化趋势可知,升 高温度,乙烯的物质的量分数减小,则化学平衡向逆反应方向移动,则该反应为放热反应,H 小于 0。 (3) 原料初始组成 n(CO2)n(H2)=13,在体系压强为 0.1Mpa 建立平衡。由 A 点坐标可知,该温度下,氢 气和水的物质的量分数均为 0.39,则
20、乙烯的物质的量分数为水的四分之一,即 0.39 4 ,二氧化碳的物质的量 分数为氢气的三分之一,即 0.39 3 ,因此,该温度下反应的平衡常数 4 23 6 0.39 0.39 1 4 0.1 0.39 0.39 3 p K (MPa)-3= 3 91 40.039 (MPa)-3。 (4)工业上通常通过选择合适的催化剂,以加快化学反应速率,同时还可以提高目标产品的选择性,减少副 反应的发生。因此,一定温度和压强下,为了提高反应速率和乙烯的选择性,应当选择合适的催化剂。 4(2020 年天津卷)利用太阳能光解水,制备的 H2用于还原 CO2合成有机物,可实现资源的再利用。回答 下列问题: .
21、半导体光催化剂浸入水或电解质溶液中,光照时可在其表面得到产物 (1)下图为该催化剂在水中发生光催化反应的原理示意图。光解水能量转化形式为_。 (2)若将该催化剂置于 Na2SO3溶液中, 产物之一为 2- 4 SO, 另一产物为_。 若将该催化剂置于 AgNO3 溶液中,产物之一为 O2,写出生成另一产物的离子反应式_。 .用 H2还原 CO2可以在一定条下合成 CH3OH(不考虑副反应): 2232 CO (g)+3H (g) CH OH(g)+H O(g) 0H (3)某温度下,恒容密闭容器中,CO2和 H2的起始浓度分别为 a molL-1和 3 a molL-1,反应平衡时,CH3OH
22、 的产率为 b,该温度下反应平衡常数的值为_。 (4)恒压下,CO2和 H2的起始物质的量比为 1:3 时,该反应在无分子筛膜时甲醇的平衡产率和有分子筛膜时 甲醇的产率随温度的变化如图所示,其中分子筛膜能选择性分离出 H2O。 甲醇平衡产率随温度升高而降低的原因为_。 P 点甲醇产率高于 T 点的原因为_。 根据上图,在此条件下采用该分子筛膜时的最佳反应温度为_ C。 .调节溶液 pH 可实现工业废气 CO2的捕获和释放 (5) 2- 3 CO的空间构型为_。已知 25碳酸电离常数为 Ka1、Ka2,当溶液 pH=12 时, -2- 2333 c H CO:c HCO:c CO=1:_:_。
23、【答案】I.(1)光能转化为化学能 (2)H2 +- Ag +e =Ag II.(3) 2 24 b 27a (1-b) (4)该反应为放热反应,温度升高,平衡逆向移动(或平衡常数减小) 分子筛膜从反应体系中不断分离出 H2O,有利于反应正向进行,甲醇产率升高 210 (5)平面(正)三角形 12 a1 10K 24 a1a2 10KK 【解析】I.(1)根据图示,该催化剂在水中发生光催化反应的方程式为 2H2O 光照 催化剂 2H2+O2,光解水能量 转化形式为光能转化为化学能。 (2)若将该催化剂置于 Na2SO3溶液中,产物之一为 2- 4 SO, 2- 3 SO被氧化成 2- 4 SO
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 专题14 化学反应原理综合-2020年高考化学真题与模拟题分类训练教师版含解析 专题 14 化学反应 原理 综合 2020 年高 化学 模拟 分类 训练 教师版 解析
链接地址:https://www.77wenku.com/p-184437.html