2020届高三化学二轮复习专题逐个击破——化学反应原理大题突破.pdf
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1、2020届届届届届届届届届届届届届届届 届届届届届届届届届届 1.研究碳及其化合物的相互转化对能源的充分利用、环境保护和低碳经济有着重要的 作用 请回答下列问题: (1) 在化工生产过程中,少量 CO 的存在会引起催化剂中毒为了防止催化剂中毒, 常用 SO2将 CO 氧化, SO 2被还原为 S.已知: H1= -126.4kJ mol -1 C(s) + O2(g) = CO2(g)H2= -393.5kJ mol -1 S(s) + O2(g) = SO2(g) H3= -296.8kJ mol -1 若某反应的平衡常数表达式为:K = c2(CO2)/c 2 (CO) c(SO2) ,则
2、此反应 H = _ (2)CO 可用于合成甲醇,反应方程式为CO(g) + 2H2(g) ? CH3OH(g) H = -128.8kJ mol -1 .平衡时 CO 的转化率与温度和压强的关系如图甲所示 图 1 中p1、p2、p3、p4代表不同压强,压强最大的是 _ 压强为 p4时,在 Y 点: v正_v逆(填“ ”、“ p2 p3 p4, 所以压强最大的是p1,故答案为: p1; 压强为 p4时,在 Y 点 CO 的转化率大于平衡转化率,平衡逆向移动,所以正反应速 率小于逆反应速率,故答案为: 0的反应是 _(填“ ”或“ ” )。 在交点 A 处,气体分压间满足的关系是:p(COS) =
3、 _。 在恒温恒容密闭容器中进行反应( ),能说明已达到平衡状态的是_( 填字母 ) 。 a.2v(CO) 正 = 3v(CO2)正 b.气体的密度不再随时间变化 c.气体的压强不再随时间变化 d. c2(CO2)?c(COS) c3(CO) 的值不再随时间而变化 若在 1.0 L的恒容密闭容器中加入1 mol CaSO 4, 并充入 1 mol CO, 只发生反应 , 在 B 点时气体总压强为1 MPa, 则此时 CaSO 4转化率为 _(已知 2 1.41) 。 【答案】 (1) 高温; 1 4 (3a - b); (2)128 ;增大 (NH4)2CO3的浓度 (或其他合理答案 ); (
4、3) ; cd; 70.5% 。 【解析】 【分析】 本题考查反应热计算、反应自发性判断,化学平衡的移动以及平衡常数计算,化学平衡 的标志以及计算,难度一般,掌握盖斯定律、勒夏特列原理和三段式计算方法为解题关 键。 【解答】 (1) 反应 () H 0, S 0,当 H- TS 0的反应为正反应吸热的反应,升高温度, 平衡右移, 平衡常数会增大,lgKp 相应增大,则符合要求的图像为 ,故答案为: ; 反应 的平衡常数 Kp= p( COS) p 2(CO2) p (SO2 )p 3( CO) ,反应 的平衡常数 Kp= p(CO2)p (SO2) p (CO) ,在交点 A处, 两个可逆反应
5、建立的平衡体系中, 平衡常数相等, 则有 p(COS)p 2(CO2) p( SO2 ) p 3(CO) = p(CO2)p ( SO2) p(CO) , 则气体分压间满足的关系是:,故答案为: ; 在恒温恒容密闭容器中进行反应() , a.2v(CO) 正 = 3v(CO2)正,都是正反应方向,不能说明达到了平衡状态,故a错误; b.气体的总质量不变,且体积不变,则密度为恒定的值,密度不再随时间变化不能说明 达到了化学平衡状态,故b 错误; c.温度不变,气体的体积固定,压强随气体分子数发生变化,压强不变说明到达了化学 平衡,故c 正确; d.若反应正向进行,c(CO2)与c(COS)不断增
6、加, c(CO)不断减少,则 c2(CO2)?c(COS) c 3(CO) 不断增 加,当不在增加时,反应达到平衡,同理,当平衡逆向进行时, c2(CO2)?c(COS) c3(CO) 不变时,反 应也达到平衡,故d 正确。 故选 cd。 反应 的平衡常数 Kp = p( CO2) p (SO2) p(CO) ,在 B 点时 lgKp= 0,Kp= p( CO2) p (SO2) p( CO) = 1, 列三段式计算:CaSO 4(s) + CO(g) ? CaO(s) + CO2(g) + SO2(g) 初始 (mol) :1 0 0 变化 (mol) :x x x 平衡 (mol) :1
7、-x x x ( x 1+x ) 2 1-x 1+x = 1则 x = 2 2 mol 0.705mol ,则此时 CaSO4转化率等于 CO 转化率 0.705mol 1mol 100 = 70.5,故答案为: 70.5% 。 3.氢气是一种清洁能源,氢气的制取和储存是氢能源利用领域的研究热点。 (1)H 2S 热分解制氢的原理: 2H2S(g) = 2H2(g) + S2(g)H = +169.8 kJ mol -1 , 分 解时常向反应器中通入一定比例空气,使部分 H2S 燃烧, 其目的是 _;燃烧 生成的 SO2与H2S进一步反应,硫元素转化为S2,写出反应的化学方程式: _ 。 (2
8、) 氨硼烷 (NH3BH3)是储氢量最高的材料之一,其受热时固体残留率随温度的变化 如图甲所示。氨硼烷还可作燃料电池,其工作原理如图乙所示。 110时残留固体的化学式为_ 。 氨硼烷电池工作时负极的电极反应式为 _ 。 (3) 十氢萘 (C10H18)是具有高储氢密度的氢能载体,经历“C10H18 C10H12 C10H8”的脱氢过程释放 H2。已知: C10H18( l) ? C10H12(l) + 3H2(g)H1 C10H12( l) ? C10H8(l) + 2H2( g)H2 温度 335 、 高压下,在恒容密闭反应器中进行液态十氢萘(1.00 mol) 催化脱氢实验, 测得 C10
9、H12和C10H8的物质的量 n1和n2随时间的变化关系如图丙所示。图丁表示催 化剂对反应活化能的影响。 H 1_H2(填“ ”“ = ”“ 1.951 催化剂显著降低了C10H12 C10H8的活化能,反应生成的C10H12很快转变为 C10H8, C10H12不能积累 【解析】 【分析】本题设计了化学反应原理的综合考察,主要考查了热重分析、原电池 原理的分析应用,化学平衡计算判断,为高频考点,题目难度中等,明确化学平衡及其 影响为解答关键,注意掌握盖斯定律的内容及应用方法,试题培养了学生的分析能力及 综合应用能力。 【解答】 (1) 根据 H2S 分解的热化学方程式可知,该过程吸热,通入一
10、定空气使部分H2S燃烧的目 的是为其分解反应提供热量。根据题干信息, 反应物 SO 2与H2S反应生成 S2, 同时生成 H2 O, 反应方程式为4H2S+ 2SO2= 3S2 +4H 2O。 (2) 假设原始固体为1 mol NH3BH3,质量为 31 g,110 时固体失重 = 31 g (1 - 0.9355)= 2g,即失去 2 mol H,则残留固体的化学式为BH2NH2或(BH 2NH2)n。 从图乙可知,NH3BH3在电极反应时转化成NH 4BO2 和H + ,该过程失电子,故该电池 工作时负极的电极反应式为 NH3BH 3- 6e-+ 2H2O=NH 4 + + BO2 - +
11、 6H+。 (3) 根据图丁可知, 能量变化大于 ,且 H1、H2均大于 0,则 H1 H2。 根据方程式可知,每生成1 mol C10H12同时生成 3 mol H2,每生成 1 mol C10H8同时生 成 5 mol H2,故体系内 n(H 2) = 0.027 mol 3 + 0.374 mol 5 = 1.951 mol。 根据图丁可知,催化剂显著降低了的活化能,说明生 成的 C10H12很容易转化成C10H8,导致 n(C10H12)显著低于 n(C10H8)。 4.我国电池的年市场消费量约为80 亿只,其中 70是锌锰干电池,利用废旧锌锰干 电池制备硫酸锌晶体(ZnSO4? 7H
12、2O)和纯 Mn O2的工艺如下图所示: 已知: 锌皮的主要成分为 Zn,含有少量 Fe;炭包的主要成分为 ZnCl2 、NH4 Cl、MnO2、 碳粉等,还含有少量的 Cu、Ag 、Fe等。 KspZn(OH )2=2.0 10-16; KspFe(OH) 2=8.0 10-16 ; KspFe(OH) 3=4.0 10 -38。 (1) 除去炭包中碳粉的操作为_。 A.酸浸B.过滤 C.焙炒D.焙烧 (2) 粗 MnO2 转化为 MnSO4时,主要反应的离子方程式为 _ 。 (3) 焙烧时发生反应的化学方程式为_ 。 (4) 制备硫酸锌晶体流程中,用 ZnO 调节溶液 pH 的目的是_,
13、若溶解时不加H2O2带来的后果是 _。 (5 “草酸钠 -高锰酸钾返滴法”可测定Mn O2的纯度:取 agMn O2样品于锥形瓶中, 加入适量稀硫酸,再加入V1 mLc1mol L?-1Na2C2O4 溶液 (足量 ),最后用c2mol L?-1的 KMn O4溶液滴定剩余的Na2C2O4,达终点时消耗V2mL标准 KMn O4溶液。 MnO2参与反应的离子方程式为 _ 。 该样品Mn O2的质量分数为 _ 。( 假定杂质不参与反应,列 出表达式即可 )。 【答案】 (1)C ; (2)MnO 2 + H2O2+ 2H + = Mn2+ O2+2H 2O; (3)2MnCO3+ O22MnO2
14、+ 2CO2; (4) 除去溶液中的Fe3+;Fe2+与Zn2+不能分离; (5) MnO2+ 4H + + C2O4 2- = Mn 2+ + 2CO2+2H 2O; 87(2c1V1-5c2V2) 20a 。 【解析】 【分析】 本题综合考查了溶度积常数的有关计算,物质制备的探究,以及氧化还原反应的滴定, 题目较综合,有一定的难度。 【解答】 (1) 炭包的主要成分为 ZnCl2、NH 4Cl、MnO2、碳粉等,还含有少量的 Cu、Ag、Fe等溶 于稀硝酸,而 Mn O2和碳粉不溶,过滤后把滤渣焙炒,碳粉被空气中的氧气氧化为二氧 化碳而除去,所以除去碳粉可以用焙炒的方法。 故选 C。 (2
15、) 粗 MnO2硫酸, 过氧化氢作用下转化为MnSO4,过氧化氢被氧化为氧气, 配平该反应 为: MnO2 + H2O2+ 2H + = Mn 2+ + O2+2H 2O, 故答案为: Mn O2+ H2O2+ 2H + = Mn 2+ + O2+2H 2O; (3) 上述生成的 MnSO4加入 Na2CO3后“沉锰”生成 MnCO3沉淀,焙烧后生成 Mn O2,空 气中的氧气作为氧化剂参加了反应,配平该反应为: 2MnCO3+ O22MnO 2 + 2CO2, 故答案为: 2MnCO3+ O2 2MnO2+ 2CO2; (4) 锌皮的主要成分为Zn,含有少量Fe,所以加入硫酸并用过氧化氢氧化
16、后,溶液中主 要含有 ZnSO4,Fe2(SO4) 3,H2SO4,因此加入的 ZnO 与H2SO 4反应使溶液酸性减弱,从 而使 Fe3+变为 Fe(OH)3而除去。已知 ;KspFe(OH)2=8.0 10-16;KspFe(OH)3=4.0 10-38, 若溶解时不加H2O2,溶液中主要含有ZnSO4,FeSO4,H2SO 4,由于 Zn(OH)2与Fe(OH)2 的溶度积相差不大,所以沉淀Fe2+时Zn2+必然同时沉淀, 故答案为:除去溶液中的Fe3+;Fe2+与Zn2+不能分离; (5) MnO2参与反应的离子方程式为: MnO 2+ 4H + + C2O4 2- = Mn 2+ +
17、 2CO2 +2H2O, 根据氧化还原反应电子得失守恒得:10 -3 c1V12 1 = n(MnO2) 2 + 10 -3 c2V2 5,n(MnO 2) = 10 -3 c1V12-10 -3 c2V25 2 mol ,MnO2的质量分数为 (MnO 2) = 10-3c1V12-10 -3 c2V25 2 mol 87gmol -1 ag 100 = 87( 2c1V1-5c2V2) 20a , 故答案为: MnO2+ 4H + + C2O4 2- = Mn 2+ + 2CO2+2H 2O; 87( 2c1V1-5c 2V2) 20a 。 5.CH4- CO2催化重整不仅可以得到合成气
18、(CO和H2) ,还对温室气体的减排具有重要 意义。 回答下列问题: (1)CH 4 -CO2催化重整反应为:CH4(g) + CO2(g) = 2CO(g) + 2H2(g)。 已知: C(s) + 2H2(g) = CH4(g)H = -75kJ mol -1 C(s) + O2(g) = CO2(g)H = -394kJ mol -1 C(s)+ 1 2O2(g) = CO(g) H = -111kJ mol -1 该催化重整反应的H = _kJ mol -1 。有利于提高CH4平衡转化率的条件是 _(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
19、2 L的容器中加入2 mol CH4、1 mol CO2以及催化剂进行重整反 应,达到平衡时CO2的转化率是 50% ,其平衡常数为_mol 2 L-2 。 (2) 反应中催化剂活性会因积碳反应而降低,同时存在的消碳反应则使积碳量减少。 相关数据如下表: 积碳反应 CH4(g) = C(s) + 2H2(g) 消碳反应 CO2(g) + C(s) = 2CO(g) H/(kJ mol -1 )75172 活化能 (kJ 催化剂 3391 mol -1 )X 催化剂 Y 4372 由上表判断,催化剂X_Y(填“优于”或“劣于”) ,理由是 _。在反应进料气组成、压强及反应时间相同 的情况下,某催
20、化剂表面的积碳量随温度的变化关系如图 1所示,升高温度时,下 列关于积碳反应、消碳反应的平衡常数(K) 和速率 (v) 的叙述正确的是_(填标 号)。 A.K积、K消均增加 B.v积减小、v消增加 C.K积减小、 K消增加 D. v消增加的倍数比 v积增加的倍数大 在一定温度下,测得某催化剂上沉积碳的生成速率方程为v = k p(CH4) p(CO2) -0.5 (k 为速率常数 )。在 p(CH4)一定时,不同 p(CO2)下积碳量随时间的变化 趋势如图2所示,则 pa(CO2) 、pb(CO2)、pc(CO2)从大到小的顺序为 _ 。 【答案】 (1)247 ; A; 1 3 (2) 劣于
21、;相对于催化剂X,催化剂Y 积碳反应的活化能大,积碳反应的速率小,而 消碳反应活化能相对小,消碳反应速率大;AD pc(CO2) pb(CO2) pa(CO2) 【解析】 【分析】 本题考查化学反应原理,涉及盖斯定律、化学平衡计算、外界条件对化学平衡影响等知 识点,侧重考查学生分析、推断及图象分析能力,正确理解题给信息及出题人目的是解 本题关键,难点是(2) 题分析解答。 【解答】 (1) 将已知中3 个反应依次记为 、 、 ,根据盖斯定律 2 - - 得 该催化重整反应的 H = (-1112 + 75 + 394)kJ mol - 1 = +247 kJ mol - 1 。 由于该反应 为
22、吸热且气体体积增大的反应,要提高CH4的平衡转化率,需在高温低压下进行。根据 平衡时消耗的CO2为1 mol 50% = 0.5 mol , 则消耗的 CH4为0.5 mol, 生成的 CO 和H2均 为 1 mol, 根据三段式法可知平衡时CH4、 CO2、 CO 和H2的平衡浓度分别为 0.75 mol L- 1 、 0.25 mol L - 1 、0.5 mol L- 1 、0.5 mol L- 1 ,则平衡常数 K = (0.5mol? L -1 )2(0.5mol?L-1)2 0.75mol? L -1 0.25mol?L-1 = 1 3mol 2 ?L-2。 (2) 从表格中数据可
23、看出相对于催化剂X,用催化剂Y 催化时积碳反应的活化能大, 则积碳反应的反应速率小,而消碳反应活化能相对小,则消碳反应的反应速率大,再根 据题干信息“反应中催化剂活性会因积碳反应而降低”可知催化剂X 劣于催化剂Y。 结 合图示可知 500600 随温度升高积碳量增加,而 600 700 随温度升高积碳量减少, 故随温度升高,K积 和K 消均增加,且消碳反应速率增加的倍数比积碳反应的大,故 A、 D 正确。 由该图象可知在反应时间和p(CH4)相同时,图象中速率关系va vb vc,结合沉积 碳的生成速率方程 v = k p(CH4) p(CO2) - 0.5 ,在 p(CH 4)相同时,随着
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