2021届高中化学考前三个月专项复习课件题型三 真题调研 课件（33张ppt）

真题调研
题型三　化学反应原理综合题的研究
1.(2020·全国卷Ⅰ，28)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：　
ΔH＝－98 kJ·mol－1。回答下列问题：
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(1)钒催化剂参与反应的能量变化如图(a)所示，V2O5(s)与SO2(g)反应生成VOSO4(s)和V2O4(s)的热化学方程式为：____________________________
_____________________________。
＋V2O4(s)　ΔH＝－351 kJ·mol－1
解析　据图(a)写出热化学方程式：①V2O4(s)＋2SO3(g)===2VOSO4(s)　ΔH1＝－399 kJ·mol－1；②V2O4(s)＋SO3(g)===V2O5(s)＋SO2(g)　ΔH2＝ －24 kJ·mol－1，由①－②×2可得：2V2O5(s)＋2SO2(g)===2VOSO4(s)＋V2O4(s)　ΔH＝ΔH1－2ΔH2＝(－399 kJ·mol－1)－(－24 kJ·mol－1)×2＝ －351 kJ·mol－1。
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_______________________________________________________________。
影响α的因素有__________________________________________。
(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0.5 MPa、2.5 MPa和5.0 MPa压强下，SO2平衡转化率α随温度的变化如图(b)所示。反应在5.0 MPa、550 ℃时的α＝_______，判断的依据是__________
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0.975
该反应气体
分子数减少，增大压强，α提高。5.0 MPa＞2.5 MPa＝p2，所以p1＝5.0 MPa
反应物(N2和O2)的起始浓度(组成)、温度、压强
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解析　反应2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)的正反应是气体总分子数减少的放热反应，其他条件相同时，增大压强，平衡正向移动，SO2平衡转化率增大，则图中p1＝5.0 MPa，p3＝0.5 MPa。由图可知，反应在5.0 MPa、550 ℃时SO2的平衡转化率α＝0.975。
温度、压强和反应物的起始浓度(组
成)都会影响SO2的平衡转化率α，温
度一定时，压强越大，α越大；压强
一定时，温度越高，α越小。
(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α，
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)。
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解析　假设原气体的物质的量为100 mol，则SO2、O2和N2的物质的量分别为2m mol，m mol和q mol，2m＋m＋q＝100，利用“三段式法”计算：
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　　　 　 SO2(g)　 ＋ 　O2(g)　 　SO3(g)
起始量/mol 2m m 0
转化量/mol 2mα mα 2mα
平衡量/mol 2m×(1－α) m×(1－α) 2mα
平衡时混合气体的总物质的量为2m×(1－α)mol＋m×(1－α)mol＋2mα mol＋q mol＝(3m－mα＋q ) mol，
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_______________________________________________________________
_______。
k增大对v的提高大于α引起的降低；当t＞tm，k增大对v的提高小于α引起的降低
(4)研究表明，SO2催化氧化的反应速率方程为：v＝k( －1)0.8(1－nα′)。式中：k为反应速率常数，随温度t升高而增大；α为SO2平衡转化率，α′为某时刻SO2转化率，n为常数。在α′＝0.90时，将一系列温度下的k、α值代入上述速率方程，得到v～t曲线，如图(c)所示。
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曲线上v最大值所对应温度称为该α′下反应的最适宜温度tm。ttm后，v逐渐下降。原因是______________________
_______________________________________
升高温度，k增大使v逐
渐提高，但α降低使v逐渐下降。当t＜tm，
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解析　在α′＝0.90时，SO2催化氧化的反应
速率为v＝k( －1)0.8·(1－0.90n)。升高温
度，k增大使v逐渐提高，但α降低使v逐渐下降。t＜tm时，k增大对v的提高大于α引起的降低；t＞tm后，k增大对v的提高小于α引起的降低。
2.(2020·全国卷Ⅱ，28)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)　ΔH1，相关物质的燃烧热数据如下表所示：
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物质
C2H6(g)
C2H4(g)
H2(g)
燃烧热ΔH/( kJ·mol－1)
－1 560
－1 411
－286
①ΔH1＝______ kJ·mol－1。
＋137
解析　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，ΔH1＝－1 560 kJ·mol－1－(－1 411 kJ·mol－1)－(－286 kJ·mol－1)＝＋137 kJ·mol－1。
②提高该反应平衡转化率的方法有__________、__________________。
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升高温度
减小压强(增大体积)
解析　C2H6(g)===C2H4(g)＋H2(g)　ΔH1＝＋137 kJ·mol－1是一个气体分子数增大的吸热反应，要提高反应物的转化率，可以采取升高温度、减小压强(增大体积)等措施。
③容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α。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)。
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解析　设容器中通入的乙烷和氢气均为1 mol，则：
　　　　 C2H6(g)===C2H4(g)＋H2(g)　n(总)
初始量/mol 　1 　 0 　 1
转化量/mol 　α 　 α 　 α
平衡量/mol 　1－α 　 α 1＋α 2＋α
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(2)高温下，甲烷生成乙烷的反应如下：2CH4 C2H6＋H2。反应在初期阶段的速率方程为：r＝k× ，其中k为反应速率常数。
①设反应开始时的反应速率为r1，甲烷的转化率为α时的反应速率为r2，则r2＝______ r1。
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(1－α)
解析　甲烷的转化率为α时， ＝(1－α) ，则 ＝ ＝1－α，即r2＝(1－α)r1。
②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
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AD
解析　A对，由速率方程知，甲烷的浓度越大，反应越快；
B错，H2的浓度大小不影响反应速率；
C错，反应过程中 逐渐减小，故C2H6的生成速率逐渐减小；
D对，降低反应温度，反应速率减小，故k减小。
(3)CH4和CO2都是比较稳定的分子，科学家利用电化学装置实现两种分子的耦合转化，其原理如图所示：
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4
①阴极上的反应式为_____________________。
CO2＋2e－===CO＋O2－
解析　由图示可知，阴极上CO2―→CO，且固体电解质能传导O2－，则阴极反应式为CO2＋2e－===CO＋O2－。
②若生成的乙烯和乙烷的体积比为2∶1，则消耗的CH4和CO2体积比为______。
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6∶5
解析　假设生成的乙烯和乙烷的物质的量分别为2 mol和1 mol，由4CH4 ―→2C2H4＋4H2、2CH4―→C2H6＋H2知，生成2 mol乙烯和1 mol乙烷时，共脱去5 mol H2，转移10 mol e－，根据电子转移数目守恒可知，此时消耗的CO2为5 mol，消耗的CH4为6 mol，即消耗的CH4和CO2的体积比为6∶5。
3.(2020·全国卷Ⅲ，28)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”)。
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1∶4
变大
解析　CO2催化加氢生成乙烯和水的化学方程式为2CO2(g)＋6H2(g)
C2H4(g)＋4H2O(g)，产物的物质的量之比n(C2H4)∶n(H2O)＝1∶4，该反应是气体体积减小的反应，增大压强平衡右移，则n(C2H4)变大。
(2)理论计算表明，原料初始组成n(CO2)∶n(H2)＝1∶3，在体系压强为0.1 MPa，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。
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图中，表示C2H4、CO2变化的曲线分别是____、____。CO2催化加氢合成C2H4反应的ΔH_____0(填“大于”或“小于”)。
d
c
小于
解析　由平衡图像知，390 K时四种组分的物质的量分数之比满足1∶3的是c曲线和a曲线，物质的量分数之比满足1∶4的是d曲线和b曲线，结合反应方程式2CO2(g)＋6H2(g) C2H4(g)＋4H2O(g)和原始投料n(CO2)∶n(H2)＝1∶3可得，曲线c
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表示CO2，曲线a表示H2，曲线d表示C2H4，曲线b表示H2O；由图像的变化趋势可知，升高温度，曲线a、c增大，曲线b、d减小，说明平衡左移，所以正反应放热，ΔH＜0。
(3)根据图中点A(440 K,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)。
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解析　起始投料比n(CO2)∶n(H2)＝1∶3，平衡时总压为0.1 MPa，结合反应方程式可知p(CO2)∶p(H2)＝1∶3，p(C2H4)∶p(H2O)＝1∶4，由图像可知p(H2)＝p(H2O)＝0.1×0.39，
所以p(CO2)＝ ×0.39。
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(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_________________。
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选择合适催化剂等
解析　在一定温度和压强下，为了提高反应速率和乙烯的选择性，减少副反应的发生，应当选择合适催化剂等。
4.(2020·江苏，20)CO2/HCOOH循环在氢能的贮存/释放、燃料电池等方面具有重要应用。
(1)CO2催化加氢。在密闭容器中，向含有催化剂的KHCO3溶液(CO2与KOH溶液反应制得)中通入H2生成HCOO－，其离子方程式为_____________
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____________________；其他条件不变， 转化为HCOO－的转化率随温度的变化如图1所示。反应温度在40 ℃～80 ℃范围内， 催化加氢的转化率迅速上升，其主要原因是_________________________________
_________________。
温度升高反应速率增大，温度升高
催化剂的活性增强
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解析　H2通入含有催化剂的KHCO3溶液生成HCOO－，根据原子个数守
(2)HCOOH燃料电池。研究HCOOH燃料电池性能的装置如图2所示，两电极区间用允许K＋、H＋通过的半透膜隔开。
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①电池负极电极反应式为_________________
___________________；放电过程中需补充的物质A为________(填化学式)。
HCOO－＋2OH－
H2SO4
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解析　由图示可知，燃料电池负极区是HCOO－―→ ，因在碱性条件下，故电极反应式为HCOO－＋2OH－－2e－===
＋H2O。电池正极区发生反应：Fe3＋＋e－===Fe2＋，Fe2＋又被通入的O2氧化为Fe3＋：4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O，同时还生成K2SO4，则需要补充的物质A为H2SO4。
②图2所示的HCOOH燃料电池放电的本质是通过HCOOH与O2的反应，将化学能转化为电能，其反应的离子方程式为____________
_____________________________________________________。
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2HCOOH＋
解析　根据电池反应的实质为HCOOH与O2反应生成 ，可写出电池反应的离子方程式为2HCOOH＋2OH－＋O2===2 ＋2H2O或2HCOO－＋O2===2 。
(3)HCOOH催化释氢。在催化剂作用下，HCOOH分解生成CO2和H2可能的反应机理如图3所示。
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①HCOOD催化释氢反应除生成CO2外，还生成_____(填化学式)。
HD
解析　根据反应机理，HCOOD在NH(CH3)2和Pd催化作用下的释氢反应除生成CO2外，还生成HD。
②研究发现：其他条件不变时，以HCOOK溶液代替HCOOH催化释氢的效果更佳，其具体优点是_________________________。
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提高释放氢气的速率及纯度
解析　HCOOK是强电解质，HCOOK溶液中HCOO－浓度更大，释放H2的速率更快；HCOOK溶液参与反应时，该过程主要反应的化学方程式为HCOOK＋H2O===H2↑＋KHCO3，减少了CO2的生成，因此能提高释放出氢气的纯度。
高考化学反应原理综合题的命题规律
以工业生产原理或元素化合物为情景，以速率、平衡为核心，结合图、表，综合考查平衡常数、转化率、平衡移动原理、化学反应速率、热化学方程式、反应热、溶液中的离子平衡、离子反应等相关知识；考查识图能力及运用化学基本理论解释实际问题的能力。