2025版高三化學二輪復習天天增分練 大題分類練3　化學反應原理

大題分類練3化學反應原理授課提示：天天增分特訓59頁(分值：62分)1．(16分)Ⅰ.習近平總書記在十九屆中共中央政治局第三十六次集中學習時強調(diào)，實現(xiàn)“碳達峰”“碳中和”是貫徹新發(fā)展理念、構(gòu)建新發(fā)展格局、推動高質(zhì)量發(fā)展的內(nèi)在要求。因此，二氧化碳的合理利用成為研究熱點。(1)以CO2和NH3為原料合成尿素是利用CO2的成功范例。在尿素合成塔中的主要反應可表示如下。反應?。?NH3(g)＋CO2(g)=NH2COONH4(s)ΔH1＝－159.5kJ·mol－1反應ⅱ：NH2COONH4(s)=CO(NH2)2(s)＋H2O(g)ΔH2＝＋72.5kJ·mol－1反應ⅲ：2NH3(g)＋CO2(g)=CO(NH2)2(s)＋H2O(g)ΔH3反應ⅲ的ΔH3＝________kJ·mol－1，據(jù)此判斷該反應在________(填“低溫”“高溫”或“任意溫度”)條件下能自發(fā)進行。(2)用H2還原CO2可以合成CH3OH：CO2(g)＋3H2(g)?CH3OH(g)＋H2O(g)。恒壓下，CO2和H2的起始物質(zhì)的量之比為1∶3時，該反應在無分子篩膜時甲醇的平衡產(chǎn)率和有分子篩膜(能選擇性分離出H2O)時甲醇的產(chǎn)率隨溫度的變化如圖所示。P點甲醇產(chǎn)率高于T點的原因為__________________________________________________________。(3)CO2的再利用技術(shù)是促進可持續(xù)發(fā)展的措施之一，南開大學化學學院陳軍院士課題組成功研制出新型的Na-CO2電池，如圖是一種Na-CO2二次電池，其中鈉和負載碳納米管的鎳網(wǎng)分別作為電極材料，電池放電產(chǎn)物為Na2CO___________________________________。Ⅱ.我國自主知識產(chǎn)權(quán)的首套煤基乙醇工業(yè)化項目的生產(chǎn)過程：先用煤制得乙酸甲酯，再將乙酸甲酯轉(zhuǎn)化為乙醇。乙酸甲酯轉(zhuǎn)化為乙醇涉及反應原理如下。主反應：CH3COOCH3(g)＋2H2(g)?C2H5OH(g)＋CH3OH(g)ΔH1＝－23.61kJ·mol－1。副反應：CH3COOCH3(g)＋C2H5OH(g)?CH3COOC2H5(g)＋CH3OH(g)ΔH2＝＋0.99kJ·mol－1。在催化劑作用下的反應歷程如下(*表示吸附態(tài))。化學吸附：H2→2H*。表面反應：CH3COOCH3＋4H*→CH3CH2OH*＋CH3OH*?；瘜W脫附：CH3CH2OH*→CH3CH2OHCH3OH*→CH3OH。已知：化學吸附的活化能大，決定主反應的反應速率。(4)在1L恒容密閉容器中充入1mol乙酸甲酯(g)，乙酸甲酯(g)的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度和氫酯比(x)[x＝nH①x1、x2、x3的大小關(guān)系為________________________________________________。②250℃、x1＝10，C2H5OH的選擇性為60%，則主反應的平衡常數(shù)為________(保留兩位有效數(shù)字)。[乙醇選擇性＝n最終轉(zhuǎn)化為乙醇的(5)其他條件相同，反應經(jīng)過相同時間，乙酸甲酯(g)的轉(zhuǎn)化率與乙醇的選擇性隨氫酯比的變化如圖所示。氫酯比(x)在2～9之間，乙醇的選擇性逐漸增大的原因為______________________________________________________________________。答案：(1)－87.0低溫(2)分子篩膜能不斷分離出H2O(g)，有利于反應正向進行(3)3CO(4)①x3>x2>x1②0.066(5)氫氣的化學吸附是決速步，增大氫氣濃度可加快整體化學反應速率，且副反應的速率增大幅度小于主反應2．(14分)二氧化碳、甲烷等是主要的溫室氣體。研發(fā)二氧化碳和甲烷的利用技術(shù)對治理生態(tài)環(huán)境具有重要意義。已知：常壓下，一些物質(zhì)的燃燒熱如表所示。物質(zhì)CH4(g)H2(g)CO(g)ΔH/(kJ·mol－1)－890.3－285.8－283.0回答下列問題。(1)在催化劑作用下，甲烷的催化重整是制備合成氣的重要方法，寫出CH4(g)與CO2(g)反應生成CO(g)和H2(g)的熱化學方程式：___________________________________。(2)在恒溫恒容密閉容器中，通入一定量的CH4、CO2發(fā)生催化重整反應。①下列能說明該反應達到化學平衡狀態(tài)的是________(填標號)。A．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再變化B．v正(CH4)＝2v逆(CO)C．CO與H2濃度的比值不再變化D．容器內(nèi)混合氣體的密度不再變化②當投料比nCH4nCO2＝1.0時，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率(α)與溫度(T)、初始壓強(p)的關(guān)系如圖所示。由圖可知：壓強p1________(填“＞”“＜”或“＝”)2MPa；當溫度為T3K、初始壓強為2MPa時，a點的v逆________(填“＞”“＜”或“＝”)v正。起始時向1L恒容容器中加入2molCH4和2molCO2，在溫度為T6K、初始壓強為2MPa條件下反應，用壓強表示該反應的平衡常數(shù)Kp(3)我國科學家對甲烷和水蒸氣催化重整反應機理也進行了廣泛研究，通常認為該反應分兩步進行。第一步：CH4催化裂解生成H2和碳(或碳氫物種)，其中碳(或碳氫物種)吸附在催化劑上，如CH4→Cads/[C(H)n]ads＋(2－n2)H2；第二步：碳(或碳氫物種)和H2O反應生成CO2和H2，如Cads/[C(H)n]ads＋2H2O→CO2＋(2＋n2)H判斷過程________(填標號)加入了催化劑，原因是________________________________?？刂普麄€過程②反應速率的是第Ⅱ步，其原因為__________________________。答案：(1)CH4(g)＋CO2(g)=2CO(g)＋2H2(g)ΔH＝＋247.3kJ·mol－1(2)①A②＜＞4(3)②催化劑降低了活化能第Ⅱ步的活化能大，反應速率慢3．(16分)油、氣發(fā)動機會產(chǎn)生CO和氮氧化物等污染氣體，研究污染氣體對環(huán)境的影響和減少污染氣體的排放是重要的課題。回答下列問題。(1)研究表明污染氣體能破壞臭氧層。已知：2NO2(g)?2NO(g)＋O2(g)ΔH1＝＋115.2kJ·mol－12O3(g)?3O2(g)ΔH2＝－286.6kJ·mol－1①寫出1molO3與1molNO作用產(chǎn)生NO2和O2的熱化學方程式_______________________________________________。②恒容密閉體系中發(fā)生①的反應，在相同時間，NO氧化率隨nO3n________________________________________________________________________。(2)實驗測得反應2NO(g)＋O2(g)?2NO2(g)ΔH<0的瞬時反應速率滿足以下關(guān)系式：v正＝k正·c2(NO)·c(O2)；v逆＝k逆·c2(NO2)，k正、k逆為速率常數(shù)，受溫度影響。①溫度為T1時，在1L的恒容密閉容器中，投入0.6molNO和0.3molO2，達到平衡時O2為0.2mol；當溫度為T2且該反應達到平衡時，存在k正＝k逆，則T1________(填“大于”“小于”或“等于”)T2。②研究發(fā)現(xiàn)該反應按如下步驟進行：第一步：NO＋NOk1正,k1逆N2O2快速平衡第二步：N2O2＋O2K1其中可近似認為第二步反應不影響第一步的平衡，第一步反應中：v1正＝k1正×c2(NO)；v1逆＝k1逆×c(N2O2)。下列敘述正確的是________。A．同一溫度下，平衡時第一步反應的k1正/k1逆越大反應正向程度越大B．第二步反應速率低，因而轉(zhuǎn)化率也低C．第二步的活化能比第一步的活化能低D．整個反應的速率由第二步反應速率決定(3)目前燃油汽車的排氣管內(nèi)部裝有三元催化器，尾氣中反應物或生成物濃度隨溫度變化如圖乙、圖丙所示。①請選擇使用三元催化劑的最佳溫度________，并說明理由____________________。②為探究溫度對催化劑催化效果的影響，將固定比例NO、CO混合氣體，以一定流速發(fā)生2NO(g)＋2CO(g)?2CO2(g)＋N2(g)ΔH1＝－751kJ·mol－1，通過三元催化劑排氣管，相同時間內(nèi)測量尾氣中NO的含量，得到脫氮率隨溫度變化如圖所示，已知圖中BC段為平衡狀態(tài)，且平衡脫氮率為m－n×10－4T2，100℃≤T≤1000℃，m、n為常數(shù)。下列說法錯誤的是________。A．平衡脫氮率m－n×10－4T2表達式中：m＝0.69，n＝2.5×10－3B．CD段處于平衡狀態(tài)，因該反應正向放熱，升溫平衡逆向移動，故脫氮率降低C．D點平衡脫氮率為44%D．BA段因溫度下降，催化劑活性降低，故平衡脫氮率下降答案：(1)①NO(g)＋O3(g)?NO2(g)＋O2(g)ΔH＝?200.9kJ·mol?1②隨nO3nNO值增大，相當于NO濃度不變，加大O3的濃度，有利于平衡NO(g)＋O3(g)(2)①小于②AD(3)①425℃左右此時反應物CO和NO濃度較低，副產(chǎn)物N2O濃度很低，CO2和N2濃度較高。(或425℃左右時，以主反應生成CO2和N2為主，抑制了副反應N2O的生成)②BD4．(16分)氣候變化是目前全球最重要、最緊迫的議題之一，CO2的綜合利用是解決該問題的有效途徑。(1)可利用CH4與CO2制備“合成氣(CO、H2)”，還可制備甲醇、二甲醚、碳基燃料等產(chǎn)品。甲烷、二氧化碳干式重整涉及以下反應：ΔfHmθ為標準摩爾生成焓，其定義為標準狀態(tài)下，由穩(wěn)定相態(tài)的單質(zhì)生成1mol該物質(zhì)的焓變。對于穩(wěn)定相態(tài)單質(zhì)，其ΔfHm(2)利用“合成氣”合成甲醇后，甲醇脫水制得二甲醚的反應為2CH3OH(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)，當T＝500K時，反應平衡常數(shù)Kc≈9，該溫度下，在密閉容器中加入一定量CH3OH，反應到達平衡狀態(tài)時，體系中CH3OCH3(g)的物質(zhì)的量分數(shù)________(填標號)。A．<13B．＝13C．>(3)以CO2為原料合成甲醇可以減少CO2的排放，實現(xiàn)碳的循環(huán)利用。一種銅基催化劑對該反應有良好的催化效果。①有學者提出CO2轉(zhuǎn)化成甲醇的催化機理如圖甲所示，反應的副產(chǎn)物有________。②一定條件下使CO2、H2混合氣體通過反應器，檢測反應器出口氣體的成分及其含量，計算CO2的轉(zhuǎn)化率和CH3OH的選擇性以評價催化劑的性能。已知：反應器內(nèi)發(fā)生的反應有a．CO2(g)＋3H2(g)?CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH＝－49.5kJ·mol－1b．CO2(g)＋H2(g)?CO(g)＋H2O(g)ΔH＝＋41.2kJ·mol－1CH3OH選擇性＝nCH3Ⅰ.220℃時，測得反應器出口氣體中全部含碳物質(zhì)的物質(zhì)的量之比為n(CH3OH)∶n(CO2)∶n(CO)＝1∶7.20∶0.11，則該溫度下CO2轉(zhuǎn)化率＝_________×100%(列出計算式，不必化簡)。Ⅱ.其他條件相同時，反應溫度對CO2的轉(zhuǎn)化率和CH3OH的選擇性的影響如圖乙、圖丙所示：溫度高于260℃時，CO2平衡轉(zhuǎn)化率變化的原因是____________________。由圖丙可知，溫度相同時CH3OH選擇性的實驗值略高于其平衡值，從化學反應速率的角度解釋原因：____________________________________________________________。(4)工業(yè)上也可以用電解法捕獲CO2，以太陽能電池為電源，在酸性水溶液中用惰性電極電解制得乙烯，則生成乙烯的電極反應為______________________________。解析：(1)根據(jù)標準摩爾生成焓的定義，反應ⅰ的反應熱ΔH1＝2×(－110.5kJ·mol－1)＋2×0－[(－74.8kJ·mol－1)＋(－393.5kJ·mol－1)]＝＋247.3kJ·mol－1。(2)設CH3OH初始物質(zhì)的量濃度為2amol·L－1，CH3OH的平衡轉(zhuǎn)化率為α。2CH3OH(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)起始/(mol·L－1)2a00轉(zhuǎn)化/(mol·L－1)2aαaαaα平衡/(mol·L－1)2a(1－α)aαaαKc＝cCH3OCH3·cH2Oc2CH3OH＝aα×aα2a1?