2020届高考化学二轮专题复习与测试：第二部分 题型2 反应原理综合题 Word版含解析

天添资源网 http://www.ttzyw.com/ 天添资源网 http://www.ttzyw.com/ 题型 2　反应原理综合题 1．反应热的计算。 2．化学平衡状态的标志及平衡移动方向的判断。 3．转化率及平衡常数的相关计算。 4．信息图象题的综合分析。 测试时间 45 分钟 1．(2019·河南八市测评)乙二醛(OHC—CHO)是纺织工业常用的一 种有机原料，其工业生产方法主要是乙二醇(HOCH2CH2OH)气相催化 氧化法和乙醛液相硝酸氧化法，请回答下列相关问题。 (1)乙二醇气相催化氧化法。 ①乙二醇气相催化氧化的反应为： Ⅰ .HOCH2CH2OH(g) ＋ O2(g) OHC—CHO(g) ＋ 2H2O(g)　 ΔH1 已知Ⅱ.OHC—CHO(g)＋2H2 HOCH2CH2OH(g)　ΔH2 Ⅲ.H2(g)＋1 2 O2(g) H2O(g)　ΔH3 则 ΔH3＝________(用 ΔH1、ΔH2 表示)，相同温度下，若反应Ⅰ、 Ⅱ、Ⅲ平衡常数分别为 K1、K2、K3 则 K1＝______________(用 K2、K3 表示)。 ②当原料气中氧气和乙二醇的物质的量之比为 1.35 时，乙二醛和 副产物 CO2 的产率与反应温度的关系如下图所示，反应温度超过 495 ℃时，CO2 产率升高的主要原因可能是________。 天添资源网 http://www.ttzyw.com/ 天添资源网 http://www.ttzyw.com/ ③在恒容绝热容器中发生反应 HOCH2CH2OH(g)＋O 2(g) OHC—CHO(g)＋2H2O(g)(不考虑副反应)，一定能说明反应达到平衡 状态的是________(填序号)。 A．氧气浓度保持不变 B．气体总物质的量保持不变 C．平衡常数保持不变 D．氧气和乙二醇的物质的量之比保持不变 (2)乙醛液相硝酸氧化法。 乙醛液相硝酸氧化法是在催化剂的作用下，用稀硝酸氧化乙醛制 取乙二醛，该法与乙二醇气相催化氧化法相比明显的缺点是 ___________________________________________。(任写一条) (3)乙二醛电解氧化制备乙醛酸(OHC—COOH)的生产装置如下图 所示，通电后，阳极产生的 Cl2 与乙二醛溶液反应生成乙醛酸，请写出 该反应的化学方程式：__________________________________ _____________________________________________________。 天添资源网 http://www.ttzyw.com/ 天添资源网 http://www.ttzyw.com/ 解析：(1)根据盖斯定律，按照1 2 ×(Ⅰ＋Ⅱ)处理得 H 2(g)＋1 2 O2(g) H2O(g)，则 ΔH3＝ΔH1＋ΔH2 2 ；同理，根据盖斯定律，ΔH1＝2ΔH3 －ΔH2，则 K1＝ K K2 ；②根据图示可知，主反应 HOCH2CH2OH(g)＋O2(g) OHC—CHO(g)＋2H2O(g)为放热反应，升高温度平衡逆向移动； 温度超过 495 ℃时，乙二醇大量转化为二氧化碳等副产物，同时乙二 醛也可被氧化为 CO2，使乙二醛产率降低；③氧气浓度保持不变，则 反应体系中各种物质的浓度保持不变，说明反应达到平衡状态，A 项 正确；该反应属于气体的物质的量发生变化的反应，当气体总物质的 量保持不变时，说明反应达到平衡状态，B 项正确；平衡常数只与温 度有关，温度不变，平衡常数始终保持不变，在恒容绝热容器中发生 反应，说明反应中的能量不再变化，说明反应达到平衡状态，C 项正 确；氧气和乙二醇的物质的量之比保持不变，不能说明反应达到平衡 状态，D 项错误。(2)在催化剂作用下，用稀硝酸氧化乙醛制取乙二醛， 硝酸被还原为 NO，反应方程式为 3CH3CHO＋4HNO3 ― ― → 催化剂 3OHC －CHO＋4NO↑＋5H2O，因此存在比较明显的缺点是生成的 NO 会污 染 空 气 ， 硝 酸 会 腐 蚀 设 备 等 。 (3) 乙 二 醛 电 解 氧 化 制 备 乙 醛 酸 (OHC—COOH)，通电后，阳极产生的 Cl2 与乙二醛溶液反应生成乙醛 酸，氯气被还原生成氯化氢，反应的化学方程式为 OHC—CHO＋Cl2＋ H2O―→2HCl＋OHC—COOH。 答案：(1)①ΔH1＋ΔH1 2 　 K K2 　②温度过高乙二醇(或乙二醛)被大量 氧化为 CO2　③ABC (2)会产生 NO 等有毒气体、产生的酸性废水容易腐蚀设备(其他答天添资源网 http://www.ttzyw.com/ 天添资源网 http://www.ttzyw.com/ 案合理即可) (3)OHC—CHO＋Cl2＋H2O―→2HCl＋OHC—COOH 2．(2019·南昌一模)乙酸是生物油的主要成分之一，乙酸制氢具有 重要意义。 热裂解反应：CH3COOH(g)―→2CO(g)＋2H 2(g)　ΔH＝＋2l3.7 kJ·mol－1 脱酸基反应：CH3COOH(g)―→CH 4(g)＋CO 2(g)　ΔH＝－33.5 kJ·mol－1 (1)请写出 CO 与 H2 甲烷化的热化学方程式________________。 (2)在密闭容器中，利用乙酸制氢，选择的压强为________(填“较 大”或“常压”)。其中温度与气体产率的关系如图： ①约 650 ℃之前，脱酸基反应活化能低速率大，故氢气产率低于 甲烷；650 ℃之后氢气产率高于甲烷，理由是随着温度升高后，热裂 解反应速率增大，同时____________________。 ②保持其他条件不变，在乙酸气中掺杂一定量水，氢气产率显著 提高而 CO 的产率下降，请用化学方程式表示：___________________ _____________________________________________________。 (3)若利用合适的催化剂控制其他的副反应，温度为 TK 时达到平 衡，总压强为 pkPa，热裂解反应消耗乙酸 20%，脱酸基反应消耗乙酸 60%，乙酸体积分数为____________(计算结果保留 l 位小数)；脱酸基天添资源网 http://www.ttzyw.com/ 天添资源网 http://www.ttzyw.com/ 反应的平衡常数 Kp 为____________kPa(Kp 为以分压表示的平衡常数， 计算结果保留 1 位小数)。 解析：(1)由盖斯定律计算：①热裂解反应 CH3COOH(g)―→2CO(g) ＋2H2(g)　ΔH＝＋213.7 kJ·mol －1，②脱酸基反应 CH3COOH(g)―→ CH4(g)＋CO2(g)　 ΔH＝－33.5 kJ·mol－1，②－①得：CO 与 H2 甲烷化 的热化学方程式 2CO(g)＋2H2(g)―→CH4(g)＋CO2 (g)　ΔH＝－247.2 kJ·mol－1。(2)在密闭容器中，利用乙酸制氢，CH3COOH(g)―→2CO(g) ＋2H2(g) ，反应为气体体积增大的反应，选择的压强为常压。①热裂 解反应 CH3COOH(g)―→2CO(g)＋2H2(g) 是吸热反应，热裂解反应正 向移动，脱酸基反应 CH3COOH(g)―→CH4(g)＋CO2(g)是放热反应， 而脱酸基反应逆向移动。650 ℃之后氢气产率高于甲烷，理由是随着 温度升高后，热裂解反应速率加快，同时①热裂解反应正向移动，而 脱酸基反应逆向移动，故氢气产率高于甲烷。②CO 能与水蒸气反应生 成二氧化碳和氢气，在乙酸气中掺杂一定量水，氢气产率显著提高而 CO 的产率下降，CO(g)＋H2O(g)===H2(g)＋CO2 (g) 。(3)热裂解反应 CH3COOH(g)―→2CO(g)＋2H2(g)　ΔH＝＋213.7 kJ·mol－1 　 0.2　　　　　 0.4　 0.4 脱酸基反应 CH3COOH(g)―→CH4(g)＋CO2(g)　 ΔH＝－33.5 kJ·mol－1 0．6　　　　 0.6　　0.6 乙酸体积分数为 0.2 （0.4＋0.4＋0.6＋0.6＋0.2） ×100%＝9.1% Kp＝p（CH4）·p（CO2） p（CH3COOH） ＝ 0.6p 2.2 × 0.6p 2.2 0.2p 2.2 ＝1.8p。 答案：(1) 2CO(g)＋2H2(g)―→CH4(g)＋CO2 (g)　天添资源网 http://www.ttzyw.com/ 天添资源网 http://www.ttzyw.com/ ΔH＝－247.2 kJ·mol－1 (2)常压　①热裂解反应正向移动，而脱酸基反应逆向移动，故氢 气产率高于甲烷　②CO(g)＋H2O(g)===H2(g)＋CO2 (g) (3) 9.1%　1.8p 3．以高纯 H2 为燃料的质子交换膜燃料电池具有能量效率高、无 污染等优点，但燃料中若混有 CO 将显著缩短电池寿命。 (1)以甲醇为原料制取高纯 H2 是重要研究方向。甲醇水蒸气重整制 氢主要发生以下两个反应： 主反应：CH3OH(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋3H2(g)　 ΔH＝＋49 kJ·mol－1 副反应：H2(g)＋CO2(g)===CO(g)＋H2O(g) ΔH＝＋41 kJ·mol－1 ①甲醇蒸气在催化剂作用下裂解可得到 H2 和 CO，则该反应的热 化学方程式为____________________________，既能加快反应速率又 能提高 CH3OH 平衡转化率的一种措施是__________________。 ②分析适当增大水醇比 n（H2O） n（CH3OH） 对甲醇水蒸气重整制氢的好 处是________________。 ③某温度下，将 n(H2O)∶n(CH3OH)＝1∶1 的原料气充入恒容密 闭容器中，初始压强为 p1，反应达平衡时总压强为 p2，则平衡时甲醇 的转化率为____________(忽略副反应)。 (2)工业上用 CH4 与水蒸气在一定条件下制取 H2，原理为：CH4(g) ＋H2O(g) CO(g)＋3H2(g) ΔH＝＋203 kJ·mol－1 ①该反应逆反应速率表达式为：v 逆＝k·c(CO)·c 3(H2)，k 为速率常 数，在某温度下测得实验数据如表：天添资源网 http://www.ttzyw.com/ 天添资源网 http://www.ttzyw.com/ CO 浓度/ (mol·L－1) H2 浓度/ (mol·L－1) 逆反应速率/ (mol·L－1·min－1) 0.05 c1 4.8 c2 c1 19.2 c2 0.15 8.1 由 上 述 数 据 可 得 该 温 度 下 ， 该 反 应 的 逆 反 应 速 率 常 数 k 为 __________L3·mol－3·min－1。 ②在体积为 3 L 的密闭容器中通入物质的量均为 3 mol 的 CH4 和 水蒸气，在一定条件下发生上述反应，测得平衡时 H2 的体积分数与温 度及压强的关系如图所示：则压强 p1______p2(填“大于”或“小于”)； N 点 v 正________M 点 v 逆(填“大于”或“小于”)；求 Q 点对应温度 下该反应的平衡常数 K＝__________。平衡后再向容器中加入 1 mol CH4 和 1 mol CO，平衡________移动(填“正反应方向”“逆反应方向” 或“不”)。 解析：(1)①已知：①CH 3OH(g)＋H 2O(g) CO2(g)＋3H 2(g)　 ΔH＝＋49 kJ·mol－1，②H2(g)＋CO2(g) CO(g)＋H2O(g)　ΔH＝＋ 41 kJ·mol －1，根据盖斯定律，反应可由①＋②整理可得，CH3OH(g) CO(g)＋2H2(g)ΔH＝ΔH1＋ΔH2＝＋90 kJ·mol －1；该反应为吸热 反应，升高温度既能增大化学反应速率同时可以促使反应正向进行，天添资源网 http://www.ttzyw.com/ 天添资源网 http://www.ttzyw.com/ 提高 CH3OH 平衡转化率，而增大压强能增大化学反应速率，但对正 反应不利，所以既能增大反应速率又能提高 CH3OH 平衡转化率的一 种措施是升高温度；②适当增大水醇比[n(H2O)∶n(CH3OH)]，可视为 增大 H2O 的量，能使 CH3OH 转化率增大，生成更多的 H2，抑制转化 为 CO 的反应的进行，所以适当增大水醇比[n(H2O)∶n(CH3OH)]对甲 醇水蒸气重整制氢的好处为：提高甲醇的利用率，有利于抑制 CO 的 生成；③主反应为：CH3OH(g)＋H2O(g) CO2(g)＋3H2(g)，n(H2O)∶ n(CH3OH)＝1∶1 的原料气充入恒容密闭容器中，初始压强为 p1，反 应达到平衡时总压强为 p2， 　　　CH3OH(g)＋H2O(g) CO2(g)＋3H2(g) 初始压强　0.5p1　　0.5p1　　　　　　　　 转化压强 p p p 3p 平衡压强 0.5p1－p 0.5p1－p p 3p 所以可得 p2＝(0.5p1－p)＋(0.5p 1－p)＋p＋3p＝p 1＋2p，故 p＝ p2－p1 2 ，则平衡时甲醇的转化率为 α＝ p 0.5p1 ×100%＝ p2－p1 2 0.5p1 ×100%＝ (p2 p1 －1)×100%。(2)①根据 v逆＝k·c(CO)·c 3(H2)，由表中数据，c31＝ 4.8 0.05k ＝96 k mol3·L －3，则 c2＝19.2 kc ＝0.2 (mol·L －1)，所以 k＝ 8.1 0.2 × 0.15 3 ＝ 1.2×104 (L3·mol－3·min－1)；②反应为气体分子数增多的反应，随着反 应的进行，体系压强增大，增大压强不利于反应正向进行，所以压强 p1 大于 p2；M、N 都处于平衡状态，该点的正反应速率等于逆反应速率。 由于温度：M>N，压强：M>N，升高温度或增大压强都会使化学反应 速率加快，因此 N 点 v 正