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详细答案.docx

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详细答案一、化学反应原理综合考查1 碳、氮及其化合物在化工生产和国防工业中具有广泛应用。请回答：（ 1）科学家研究利用某种催化剂，成功实现将空气中的碳氧化合物和氮氧化合物转化为无毒的大气循环物质。已知：N2(g)+O2 (g)2NO(g) H1 =+180kJmol -1NO2(g)+CO(g)NO(g)+CO2 (g)H2=-235kJ mol -12NO(g)+O2(g)2NO2(g)H3=-112kJ mol -1则反应 2NO(g)+2CO(g)N22H=_kJ mol-1 ，有利于提高CO平衡转化率的条(g)+2CO (g)的件是 _（填标号）。A 高温低压B 低温高压C 高温高压 D低温低压某温度下，在体积为 2L 的容器中加入2molNO 、2molCO，达到平衡时CO 的转化率是50%，其平衡常数为 _。（2）在密闭容器中充入10molCO 和 8molNO ，发生反应，如下图为平衡时NO 的体积分数与温度，压强的关系。由图判断，温度T1 _T2（填 “低于 ”或“高于 ”），理由是 _？升高温度时，下列关于该反应的平衡常数（ K）和速率（ v）的叙述正确的是_填标号）。A K、V 均增加B K 增加， v 减小C K 减小， V 增加D K、 V 均减小压强为 20MPa、温度为 T2 下，若反应进行到10min 达到平衡状态，容器的体积为2L，则此时 CO 的转化率 =_，用 CO2 的浓度变化表示的平均反应速率v(CO2)=_，该温度下，如图所示 A、 B、 C 对应的 pA 2B2C2(CO )、p (CO )、 p (CO )从大到小的顺序为 _。若在 D 点对反应容器降温的同时缩小体积至体系压强增大，重新达到的平衡状态可能是图中 A G 点中的 _点。（3）用活化后的V2O5 作催化剂，氨气将NO 还原成 N2 的一种反应历程如图所示。测得该反应的平衡常数与温度的关系为1gK=5.08+217.5/T ，该反应是热”)。该反应的含氮气体浓度随温度变化如图所示，则将NO 转化为当温度达到700K 时，发生副反应的化学方程式_。_反应 (填“吸热 ”或 “放N2 的最佳温度为_；【答案】 -762 B1 低于)该反应为放热反应，其他条件相同时，升高温度有利于反应向逆反应方向移动，图中T2对应的 NO 的体积分数更高，所以对应的温度也更高C10%0.05mol (Lmin)-1p (CO ) p (CO ) p (CO ) G 放热600K 4NH +5O4NO+6H OC2B2A2322【解析】【分析】(1)由 N2(g)+O2(g)?2NO(g)H1 =+180kJ mol -1NO2(g)+CO(g) NO(g)+CO2(g)H2=-235kJ mol -1?2NO(g)+O223-1(g)?2NO (g)H =-112kJ mol结合盖斯定律可知，2-得到反应2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO(g)；有利于提高CO?平衡转化率的条件根据反应是放热还是吸热、该反应气体体积缩小的角度进行分析；用“三生成物浓度幂之积段式 ”法分析反应后各物质的浓度，化学反应平衡常数K= ；反应物浓度幂之积(2)该反应是放热反应，温度越高，平衡逆向移动，NO 的体积分数越大；升高温度时，反应向吸热方向进行；用 “三段式 ”法分析反应后各物质的浓度，计算CO 的转化率和用CO2 的浓度变化表示的平均反应速率；该反应是气体体积减小的反应，压强越大，平衡正向移动，p(CO2 )越大；D 点对反应容器降温的同时缩小体积至体系压强增大，平衡正向移动，NO 的体积分数减小；(3)1gK5.08 217.5/ T，可知温度越高，当温度达到700K 时 NO 较多。K 越小；由图可知600K 最适合将NO 转化为N2，【详解】(1)由 N2(g)+O2(g)?2NO(g)H1 =+180kJ mol -1NO2(g)+CO(g) NO(g)+CO2(g)H2=-235kJ mol -1?2NO(g)+O2(g)?2NO2(g)H3 =-112kJ mol-1结合盖斯定律可知，2-得到反应2NO(g)+2CO(g) N(g)+2CO(g)，其H? 2(-235kJ/mol) 2(-112kJ/mol)-( 180kJ/mol) -762kJ/mol ，则该反应是放热反应、气体体积缩小，有利于提高CO 平衡转化率的条件是低温高压；某温度下，在体积为2L 的容器中加入 2molNO 、 2molCO，达到平衡时CO的转化率是50%，列 “三段式 ”得：2NO g+ 2CO g ?N 2 g+ 2CO 2 g起始量 (mol/L)1100转化量 (mol/L)0.51 50%0.250.5平衡量 (mol/L)0.50.50.250.5c(N 2 )c2 (CO 2 )0.250.52化学反应平衡常数K= c2 (NO) c2 (CO) =0.520.52 =1；(2)该反应为放热反应，其他条件相同时，升高温度有利于反应向逆反应方向移动，图中T 对应的 NO 的体积分数更高，所以对应的温度也更高，则温度T 低于 T ；升高温度时，212反应向吸热方向进行，化学平衡常数减小，化学反应速率增加；压强为 20MPa、温度为 T2下，若反应进行到10min 达到平衡状态， NO 体积分数为40%，容器的体积为2L，设平衡时 c(N2)=xmol/L ，用 “三段式 ”法分析得：2NO g+ 2CO g?N 2 g +2CO 2g起始量 (mol/L)4500转化量 (mol/L)2x2xx2x平衡量 (mol/L)4-2x5-2xx2x4-2x100% =40%，解得 x=0.25， CO 的转化率为(4-2x)+(5-2x)+x+2x2 0.25220.25mol/L-1 ；该反应是气体体积减小5100% =10%， v(CO )=10min=0.05mol (Lmin)的反应，压强越大，平衡正向移动，p(CO2)越大， A、 B、 C 对应的压强依次增大，则A、B、 C 对应的 pA(CO2 )、 pB(CO2)、 pC(CO2)从大到小的顺序为pC(CO2) pB(CO2) pA(CO2)；D 点对反应容器降温，平衡正向移动，缩小体积至体系压强增大，平衡正向移动，NO 的体积分数减小，重新达到的平衡状态可能是图中AG 点中的 G 点。(3)lgK 5.08 217.5/T，可知温度越高， K 越小，则正反应为放热反应；由图可知，将NO转化为 N2的最佳温度为 600K，当温度达到700K 时，发生副反应的化学方程式为4NH3+5O24NO+6H2O。【点睛】把握 K 的意义、盖斯定律、图象分析为解答的关键，注意(2)为解答的难点，正确分析题目信息结合勒夏特列原理、化学平衡三段式解答。2 丙烯腈（ CH2=CHCN）是一种重要的化工原料，工业上可用“丙烯氨氧化法 ”生产，主要副产物有丙烯醛（CH2=CHCHO）和乙腈（ CH3CN）等，回答下列问题：(1)以丙烯、氨、氧气为原料，在催化剂存在下生成丙烯腈（C3H3N）和副产物丙烯醛（C3H4O）的热化学方程式如下：3C3H6(g)+NH3 (g)+O2(g)=C3H3N(g)+3H2O(g)H=-515kJ/mol2 C3H6(g)+O2(g)=C3 H4 O(g)+H2O(g) H=-353kJ/mol两个反应在热力学上趋势均很大，其原因是_；有利于提高丙烯腈平衡产率的反应条件是 _；提高丙烯腈反应选择性的关键因素是_。(2)图（ a）为丙烯腈产率与反应温度的关系曲线，最高产率对应温度为 460。低于时，丙烯腈的产率 _（填“是”或者“不是”）对应温度下的平衡产率，判断理由460是_；高于A催化剂活性降低460时，丙烯腈产率降低的可能原因是_（双选，填标号）B平衡常数变大C副反应增多D反应活化能增大(3)丙烯腈和丙烯醛的产率与n （氨） /n （丙烯）的关系如图（b）所示。由图可知，最佳（氨） /n （丙烯）约为1 理由是 _ 。进料氨、空气、丙烯的理论体积约为n_。【答案】两个反应均为放热量大的反应降低温度,降低压强,催化剂不是该反应为放热反应，平衡产率应随温度升高而降低AC1 该比例下丙烯腈产率最高，而副产物丙烯醛产率最低1： 7.5： 1【解析】【分析】(1)依据热化学方程式方向可知，两个反应均放热量大，即反应物和生成物的能量差大，因此热力学趋势大；有利于提高丙烯腈平衡产率需要改变条件使平衡正向进行，提高丙烯腈反应选择性的关键因素是催化剂；(2)因为该反应为放热反应，平衡产率应随温度升高而降低，即低于的平衡转化率曲线应该是下降的，但实际曲线是上升的，因此判断低于460时，对应温度下460时，丙烯腈的产率不是对应温度下的平衡转化率；产率降低主要从产率的影响因素进行考虑；(3)根据图像可知，当n（氨） /n （丙烯）约为1 时，该比例下丙烯腈产率最高，而副产物丙烯醛产率最低，根据化学反应氨气、氧气、丙烯按1： 1.5：1 的体积比加入反应达到最佳状态，依据氧气在空气中约占20%计算条件比。【详解】(1)两个反应在热力学上趋势均很大，两个反应均放热量大，即反应物和生成物的能量差大，因此热力学趋势大；该反应为气体体积增大的放热反应，所以降低温度、降低压强有利于提高丙烯腈的平衡产率，提高丙烯腈反应选择性的关键因素是催化剂；(2)因为该反应为放热反应，平衡产率应随温度升高而降低，即低于的平衡转化率曲线应该是下降的，但实际曲线是上升的，因此判断低于460时，对应温度下460时，丙烯腈的产率不是对应温度下的平衡转化率高于460 C 时，丙烯腈产率降低；A催化剂在一定温度范围内活性较高，若温度过高，活性降低，A 正确；B该反应放热，升高温度，平衡逆向移动，平衡常数变小，B 错误；C根据题意，副产物有丙烯醛，催化剂活性降低，副反应增多，导致产率下降，C 正确；D反应活化能的大小不影响平衡，D 错误；综上 AC 符合题意；(3)根据图象可知，当n（氨） /n （丙烯）约为1 时，该比例下丙烯腈产率最高，而副产物3丙烯醛产率最低；根据反应C3H6(g)+NH3(g)+O2(g)=C3H3N(g)+3H2O(g)，氨气、氧气、丙烯2按 1： 1.5： 1 的体积比加入反应达到最佳状态，而空气中氧气约占20%，所以进料氨、空气、丙烯的理论体积约为：1： 1.5： 1=1： 7.5：1。20%3 利用工业废气CO2 或 CO 和 H2 在一定条件下可制备燃料甲醇。利用工业废气CO合成甲醇，其能量变化示意图如下：(1)图中曲线 a 到曲线b 的措施是 _。该反应 S_0( 填“>或”“ <”)(2)一定条件下，在 2L 密闭容器中充入 1 mol CO 和 2 mol H2 ，10 min后达到平衡，放出热量 45.5kJ，则 10 min内 H2 的转化率为 _；该温度下反应的平衡常数K=_；达到平衡后，再向容器中充入CO、 H2、 CH3 OH 各 1 mol ，则此时 正 _逆 (填 “>”“或<“”=”)(3)下列措施可以提高甲醇产率的是_。a压缩容器体积b将 CH3OH (g)从体系中分离c恒容条件下充入He，使体系总压强增大d恒压条件下再充入10mol CO 和20mol H 2(4)现有容积均为 1L 的 a、 b、 c 三个密闭容器，向其中分别充入体，控制温度，进行反应，测得相关数据的关系如图所示。1molCO 和 2molH2 的混合气b 中甲醇体积分数大于a 中的原因是 _达到平衡时， a、 b、 c 中 CO 的转化率大小关系为_。用工业废气中的CO2 制取甲醇和水蒸气(5)一定条件下，往2L 恒容密闭容器中充入1mol CO2 和3mol H2，在不同催化剂作用下发生反应 I、反应 II 与反应 III，相同时间内CO2 的转化率随温度变化如图所示：催化剂效果最佳的反应是_(填 “反应 I ”， “反应 II ”， “反应 III”)。b 点 正_逆 (填 “>，” “<，” “=”)。若此反应在a 点时已达平衡状态，a 点的转化率比c 点高的原因是_。c 点时该反应的平衡常数K _。【答案】加入催化剂<50%4>abb处反应温度高，则反应速率快，反应相同时间生成的甲醇多，体积分数大a>b>c反应I>该反应为放热反应，温度升高，平衡逆向16移动3【解析】【分析】【详解】(1)反应路径发生了变化，活化能下降，应为加入催化剂；反应发生后，气体物质的量减小，熵值减小，所以S<0；(2)2molH 2 完全反应释放的热量是91kJ，现在反应达平衡后只释放了45.5kJ 的热量，所以H 消耗 1mol ，转化率为 50%，化学方程式为 CO(g)+2H(g)CH OH(g)，平衡时三种物质23CO、 H2、 CH3OH 的浓度分别为0.25mol/L 、 0.5mol/L 、 0.25mol/L ，平衡常数c(CH 3OH)0.25K= c(CO)c2 (H 2 ) =0.25 0.52 =4；三种物质都加入1mol 后，c(CH 3 OH)0.75=1<K，反应正向移动，v 正 >v 逆 ；Qc=2(H 2 )=c(CO)c0.75 12(3)a压缩容器体积，平衡正向移动，甲醇产率增大，a 符合题意；b将 CH3OH(g)从体系中分离，平衡正向移动，甲醇产率增大，b 符合题意；c恒容条件下充入He，各物质浓度不变，对平衡无影响，c 不合题意；d恒压条件下再充入 10molCO 和 20molH 2，达到平衡时，各物质浓度不变，甲醇的产率不变， d 不合题意；答案为： ab；(4)反应开始 5min 后， a 中温度比 b 中低，反应速率比b 中慢，生成甲醇的量少，体积分数小，所以， b 中甲醇体积分数大于a 中的原因是 b 处反应温度高，则反应速率快，反应相同时间生成的甲醇多，体积分数大；比较b、 c 两点甲醇的体积分数，可得出H<0，温度升高平衡逆向移动，平衡时CO 转化率依次减小，所以a>b>c。答案为： b 处反应温度高，则反应速率快，反应相同时间生成的甲醇多，体积分数大；a>b>c；(5)在低温时，相同温度、相同时间内反应I 转化率最高，所以催化剂效果最好的是反应I；b 点尚未达到平衡状态，从催化剂效果更好的反应II 和 III 可知， b 点反应仍正向进行，所以 正>逆 ；c 点温度更高，比a 提前达到平衡状态，所以a、 c 两点均是平衡点。从a、c 点的比较可以看出，温度升高CO2 的转化率减小，平衡逆向移动，所以正反应为放热反应，从而得出原因是：该反应为放热反应，温度升高，平衡逆向移动；利用三段式，可以建立以下关系：CO 2 (g)3H 2 (g)?CH 3OH(g)H 2 O(g)起始量 (mol/L)0.51.500变化量(mol/L)1111333平衡量(mol/L)111162331116 。33=K= 1133()624 甲醇是一种可再生能源，由CO2 制备甲醇的过程可能涉及的反应如下：反应：22321mol-1CO(g)+3H (g)CHOH(g)+H O(g)H =- 49.58kJ反应： CO(g)+H(g)CO(g)+H O(g)H2222反应： CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)H3=- 90.77kJ mol -1回答下列问题：（ 1）反应的H 2=_。（ 2）反应能够自发进行的条件是 _ ( 填“较低温度”、“ 较高温度”或“任何温度”)（ 3）恒温，恒容密闭容器中，对于反应，下列说法中能说明该反应达到化学平衡状态的是 _。A混合气体的密度不再变化B混合气体的平均相对分子质量不再变化C CO、 H、 CHOH、 H O的物质的量之比为1：3： 1： 12232D甲醇的百分含量不再变化（ 4）对于反应，不同温度对 CO2 的转化率及催化剂的效率影响如图所示，下列有关说法不正确的是 _ 。A其他条件不变，若不使用催化剂，则250时 CO2 的平衡转化率可能位于M1B温度低于250时，随温度升高甲醇的产率增大C M点时平衡常数比N 点时平衡常数大D实际反应应尽可能在较低的温度下进行，以提高CO2 的转化率（5）若在 1L 密闭容器中充入3molH2 和 1molCO2 发生反应， 250时反应的平衡常数K=_ ；若要进一步提高甲醇体积分数。可采取的措施有_ 。（6）下图是电解Na2CO3溶液的装置图。阴极的电极反应式为_【答案】 +41.19kJ mol -1较低温度BD ABD 0.148( 或者 4 )增大压强 ( 降低温度 )27+-22-2-2H +2e =H 或 2H O+2e=H +2OH【解析】【分析】本题考查盖斯定律，热化学反应与过程无关，只与始态与终态有关，H2=H1-H3=+41.19kJ/mol ； G=HTS， T 为温度， G<0，可自发进行，反应： H<0, S<0，较低温度可自发进行；平衡状态的判断，同一物质的正逆反应速率相等，本题中=m/V，质量与体积均不变，密度自始至终不变，不可做为判断依据；M=m/n，质量不变，物质的量减少，可做判断依据；反应物与生成物平衡时的比例不一定为1： 3： 1： 1，不可以；只要平衡则甲醇的百分含量不再变化，可以；化学反应条件的选择，既要考虑反应时c(C H 3OH )c(H 2O)的产量，又要考虑反应的速率；Kc3 ( H 2 )， 250时转化率为50%；电c(CO2 )解池中阳极失电子，溶液中为水提供的氢氧根离子失电子，产生的氢离子和钠离子向阴极区域移动，而阴极附近的水提供的氢离子得电子，生成氢气。【详解】（1）本题考查盖斯定律，热化学反应与过程无关，只与始态与终态有关，H2=H1-H3=+41.19kJ/mol；（ 2） G=HTS， T 为温度， G<0，可自发进行，反应：H<0, S<0，较低温度可自发进行；（3）平衡状态的判断，同一物质的正逆反应速率相等，本题中 =m/V，质量与体积均不变，密度自始至终不变，不可做为判断依据；M=m/n，质量不变，物质的量减少，可做判断依据；反应物与生成物平衡时的比例不一定为1： 3：1： 1，不可以；只要平衡则甲醇的百分含量不再变化，可以；答案为：BD； (4)A. 催化剂对反应速率有影响，对平衡的限度无影响，A 错误； B. 该反应为放热反应，降低温度平衡正向移动，产率提高， B 正确； C.升高温度平衡向左移动，化学平衡常数变小，C错误； D.实际反应应尽可能在催化效率最高时，D错误；答案为ABD；2+ 3H232250时转化率为50%(5) COCHOH + H O初始量：13反应量：0.51.50.50.5平衡： 0.51.50.50.5c(C H 3OH ) c(H2O )K， K=0.148( 降低温度 ) ；c(CO2 ) c3( H 2 )；提高甲醇的体积分数为：增大压强(6) 电解池中阳极失电子，溶液中为水提供的氢氧根离子失电子，产生的氢离子和钠离子向阴极区域移动，而阴极附近的水提供的氢离子得电子，生成氢气，2H+2e- =H2或-2HO+2e=H2+2OH【点睛】判断化学平衡的依据：同一物质的正逆反应速率相等，还可以为延伸出的依据，需要具体分析，本题中 =m/V，质量与体积均不变，密度自始至终不变，不可做为判断依据；M=m/n，质量不变，物质的量减少，可做判断依据；反应物与生成物平衡时的比例不一定为1： 3： 1： 1；甲醇的百分含量不再变化则可以。5 碳和氮的氢化物是广泛的化工原料，回答下列问题：（1）工业上合成氨的反应为N2(g)+3H2(g)2NH3(g) H=-92.2kJ/mol ，反应过程中能量变化如图I 所示。氨分解： 2NH3(g)N2(g)+3H2(g)的活化能为 _kJ/mol合成氨时加入铁粉可以加快生成NH3 的速率，在图I 中画出加入铁粉后的能量变化曲线。 _（ 2）联氨作火箭燃料的反应为： 2N2 H4 (l)+N2O4(l)=3N2(g)+4H2O(g) H1已知： 2O2(g)+N2(g)=N2O4(1)H2 N2H4(1)+O2(g)=N2(g)+2H2O(g) H3上述热效应之间的关系式为H1=_。某新型火箭用液氧 / 煤油代替联氨 /N 2O4，这种替换可能的好处是 _（一条即可）。（3）天然气制氢气是工业上制氢气的主要方法之一，其主要反应如下：i CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)-+206H=.4kJ/mol ，ii CO(g)+ H2O(g)CO2(g)+H2(g)-41H=.0kJ/mol在一定温度下， 2L 的密闭容器中加入a molCH4 和 2amolH 2O 发生反应， t min 时反应达平衡，测得容器内CObmol、 CO2cmol 。回答下列问题：下列可判断体系达到平衡状态的是_。A CO的体积分数不变B容器内气体密度不变n(CO)不再变化42C 3v(CH )=v(H ) D n(H 2 )0tmin 反应速率 v(CO24K=_。)=_， CH 的的转化率为 _，反应的平衡常数图中 T之后 c(CO2)随温度升高而减小的原因是_。【答案】 427.22H3 -H2环境污染小（或cb+cc(3b+4c)成本低） ADmol/(L min)a 100%b(2a-b-2c)T之后，反应为放热反2t应，升高温度反应向逆反应方向移动是影响c（ CO22）的主要因素，故c（ CO ）减小【解析】【分析】( 1) 放热反应的反应热H=（ Ea2 Ea1）；催化剂可以降低反应的活化能，增大反应速率，即Ea、 Ea1 均减小，但反应热不变；（2）依据盖斯定律计算可得；液氧/ 煤油所用原料成本低，无毒；（ 3）反应达到化学平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质浓度或百分含量保持不变；依据题给数据，建立三段式，结合速率、转化率和化学平衡常数表达式计算可得；反应i 为吸热反应，反应ii 为放热反应，由图可知T时反应达到平衡，升高温度，反应 i 向正反应方向移动，一氧化碳浓度增大，反应ii 向逆反应方向移动，温度对c（ CO2）的影响大于浓度的影响。【详解】( 1) 放热反应的反应热H=（ Ea2Ea1Ea1 335.0 kJ mol，则合成氨反应），由图可知=/ H=（ Ea2335. 0 kJ/ mol ）= 92. 2kJ/ mol ， Ea2=427. 2 kJ/ mol ，即2NH3gN2g3H2 g427 2 kJ mol，故答案为427 2( )( )+( ) 的活化能为./. ；催化剂可以降低反应的活化能，增大反应速率，即Ea、 Ea1 均减小，但反应热不变，则加入铁粉后的能量变化曲线为，故答案为；（2）将题给反应依次编号为，由盖斯定律可知2 =，则 H1=2 H3-H2；用液氧 / 煤油代替联氨 / N2O4 的主要原因是液氧/ 煤油所用原料成本低，无毒，对环境污染小，故答案为 2 H3- H2；环境污染小；（ 3） A、 CO的体积分数不变，说明正反应速率等于逆反应速率，该反应已达平衡状态，故正确；B、根据质量守恒定律，平衡前后气体质量是不变的，在恒温恒容密闭体系中，整个反应过程混合气体的密度始终是不变的，不可作为判断体系达到平衡状态的判据，故错误；C、 3v( CH4)= v( H2) 不能说明正反应速率等于逆反应速率，不可作为判断体系达到平衡状态的判据，故错误；n(CO)D、不再变化，说明在恒温恒容密闭体系中CO和 H2 的浓度不在变化，该反应已达n(H 2 )平衡状态，故正确；AD 正确，故答案为AD；设反应 i 生成一氧化碳的物质的量为x，由题给条件建立如下三段式：CH ( g)+ H O( g)CO( g)+ 3H ( g)422起（ mol ）a2a00变（ mol ）xxx3x平（ mol ） a x2axx3xCO( g)+ HO( g)CO ( g)+ H ( g)222起（ mol ）x2a x03x变（ mol ）cccc平（ mol ） x c2a x cc3x+cc0tmin 内，生成CO2 的物质的量为cmol ，浓度的变化量为2cv( CO2)=mol/( L min) ；由题意可知一氧化碳的物质的量为mol / L，则反应速率bmol ，则有 x c=b，2tx c bCH4