2020年高考化学人教版第二轮复习 原理综合题
原理综合题
1.(2019·贵阳模拟)甲烷是天然气的主要成分,是一种重要的清洁能源和化工原料。 (1)利用光能和光催化剂,可将CO2和H2O(g)转化为CH4,图1为在恒温、紫外光照射、不同催化剂(Ⅰ、Ⅱ)作用下,在体积为2 L的密闭容器中,CH4的量随光照时间的变化。反应开始后的16小时内,在第________种催化剂作用下,收集的CH4较多;0~20小时内,在第Ⅰ种催化剂作用下,O2的平均生成速度v(O2)=________。
(2)工业上常用CH4和水蒸气在一定条件下的恒容密闭容器中制取H2:CH4(g)+H2O(g)
CO(g)+3H2(g) ΔH=+206 kJ·mol1。
-
①下列说法能表明该反应达平衡状态的是________(填字母)。 a.各组分的物质的量浓度不再变化 b.气体的分子总数不随时间而变化 c.体系的密度保持不变
d.生成3 mol H2的同时消耗1 mol CH4
②一定温度时,在体积为2 L的恒容密闭容器中,充入0.25 mol的CH4和0.25 mol的水蒸气发生以上反应。测得CH4平衡时的转化率与温度、压强的关系如图2所示,则p1________(填“>”“<”或“=”)p2;当压强为p2时,x点的v(正)________(填“>”“<”或“=”)v(逆);温度为1 100 ℃时,y点的平衡常数K=________。
解析:(1)由题图1可知,在反应开始后的16小时内,在第Ⅱ种催化剂作用下生成的甲
1 / 14
2020年高考化学人教版第二轮复习 原理综合题
烷较多。在第Ⅰ种催化剂作用下,在0~20 h内共生成15 mol甲烷,则v(CH4)=15 mol/(2 L×20 h)=0.375 mol·L-1·h-1,根据生成甲烷的化学方程式CO2+2H2O知,v(O2)=2v(CH4)=0.75 mol·L-1·h-1。
(2)①任何一个可逆反应,各组分的物质的量浓度在达到平衡之前的时间内在变化,达到平衡后各组分的物质的量浓度不变,a项正确;该反应为气体分子数增大的反应,故气体的分子总数不变可以说明该反应达到平衡状态,b项正确;容器容积不变,气体的总质量不变,则容器内的气体密度始终不变,c项错误;生成H2和消耗CH4均表示正反应方向,d项错误。②由题图2可知,p1时CH4的平衡转化率比p2时高,而该反应为气体分子数增大的反应,增大压强,平衡向逆反应方向移动,CH4的平衡转化率降低,故p1
CH4(g)+H2O(g)
CO(g)+ 3H2(g)
CH4+2O2可
始态/mol 0.25 0.25 0 0
反应/mol 0.25×0.8 0.25×0.8 0.25×0.8 3×0.25×0.8 平衡/mol 0.05 0.05 0.20 0.60 平衡浓度/(mol·L1)
-
0.025 0.025 0.10 0.30
(0.30 mol·L-1)3×0.10 mol·L-1
故平衡常数K==4.32 mol2·L-2。
11--0.025 mol·L×0.025 mol·L答案:(1)Ⅱ 0.75 mol·L1·h1 (2)①ab ②< > 4.32 mol2·L2
2.(2019·福州三模)甲醇是一种可再生能源,具有广阔的开发和应用前景,可用Pt/Al2O3、Pd/C、Rh/SiO2等作催化剂,采用如下反应来合成甲醇:
2H2(g)+CO(g)
CH3OH(g)
-
-
-
(1)下表所列数据是各化学键的键能:
2 / 14
2020年高考化学人教版第二轮复习 原理综合题
化学键 键能/(kJ·mol1)
-H—H a b C—H c C—O d O—H e 该反应的ΔH=____________________(用含字母的代数式表示)。
(2)某科研小组用Pd/C作催化剂,在450 ℃时,研究了n(H2)∶n(CO)分别为2∶1、3∶1时CO转化率的变化情况(如图),则图中表示n(H2)∶n(CO)=3∶1的变化曲线为________(填“曲线a”或“曲线b”)。
(3)某化学研究性学习小组模拟工业合成甲醇的反应,在2 L的恒容密闭容器内充入1 mol CO和2 mol H2,加入合适催化剂后在某温度下开始反应,并用压力计监测容器内压强的变化如下:
反应时间/min 压强/MPa
则从反应开始到20 min时,CO的平均反应速率为____________________,该温度下的平衡常数K为________________________________。
(4)将CO和H2加入密闭容器中,在一定条件下发生反应:CO(g)+2H2(g)ΔH<0。
平衡时CO的体积分数(%)与温度和压强的关系如下图所示(虚线框表示没有测定该条件下的数据)。
CH3OH(g)
0 12.6 5 10.8 10 9.5 15 8.7 20 8.4 25 8.4
T1、T2、T3由大到小的关系是____________________,判断理由是____________________________________________________________________。
3 / 14
2020年高考化学人教版第二轮复习 原理综合题
(5)美国的两家公司合作开发了多孔硅甲醇直接燃料电池,其工作原理如图:
①石墨2为________(填“正”或“负”)极。
②石墨1极发生的电极反应式为________________________________。
解析:(1)由反应热ΔH=反应物总键能-生成物总键能,可得ΔH=(2a+b-3c-d-e)kJ·mol-1。(2)对于反应2H2(g)+CO(g)
CH3OH(g),H2的相对投入量越大,CO的转
化率越大,则n(H2)∶n(CO)=3∶1的变化曲线是平衡转化率高的曲线a。(3)由表知,反应进行到20 min时,反应达到平衡,设此时转化的CO的物质的量为x mol,则有
2H2(g)+CO(g)
CH3OH(g)
起始物质的量/mol 2 1 0 转化物质的量/mol 2x x x 平衡物质的量/mol 2-2x 1-x x
3-2x8.4
由同温同体积条件下,压强比=物质的量之比,有=,解得x=0.5,CO的平
312.6均反应速率=c(CH3OH)
0.5 mol
=0.012 5 mol·L-1·min-1;反应的平衡常数K=
2 L×20 min
0.52
=2=4。(4)由反应2H2(g)+CO(g)
c2(H2)·c(CO)?1?×0.5
?2?2
CH3OH(g) ΔH<0得,图
像中由左向右,压强增大,平衡右移,CO体积分数应减小,但实际情况是T1、T2、T3对应的CO体积分数逐渐增大,其原因只能是此反应本身为放热反应,温度越高,平衡向左移动的程度越大,导致CO体积分数越大,即温度由大到小的顺序为T3>T2>T1。(5)由图中石墨1进出物质变化CH3OH(g)→CO2(g),C化合价变化为-2→+4,则石墨1为燃料电池的负
4 / 14
2020年高考化学人教版第二轮复习 原理综合题
极(也可以用图中H+的移动方向判断正负极),石墨2为正极,用H+维持电荷守恒,可得石墨1极的电极反应式为CH3OH-6e-+H2O===CO2↑+6H+。
答案:(1)(2a+b-3c-d-e)kJ·mol1 (2)曲线a
(3)0.012 5 mol·L1·min1 4
(4)T3>T2>T1 压强越大,CO的体积分数越小,T1、T2、T3对应的CO的体积分数逐渐增大,该反应为放热反应,温度升高,平衡向左移动,则T3>T2>T1
(5)①正 ②CH3OH+H2O-6e===CO2↑+6H
3.(2019·合肥模拟)低碳经济成为人们一种新的生活理念,二氧化碳的捕捉和利用是能源领域的一个重要研究方向。请你结合下列有关图示和所学知识回答:
Ⅰ.用CO2催化加氢可以制取乙烯:CO2(g)+3H2(g)
1
CH(g)+2H2O(g) 224
-
+
-
-
-
(1)若该反应体系的能量随反应过程变化关系如图1所示,则该反应ΔH=________________(用含a、b的式子表示)。
又知:相关化学键的键能如下表所示,实验测得上述反应的ΔH=-152 kJ·mol1,则表中的x=________。
化学键 键能/(kJ·mol1) --
C===O 803 H—H 436 C===C x C—H 414 H—O 464 (2)以稀硫酸为电解质溶液,利用太阳能电池将CO2转化为乙烯的工作原理如图2所示。则M极上的电极反应式为___________________________________________________。
5 / 14
2020年高考化学人教版第二轮复习 原理综合题
![](/skin/haowen/images/icon_star.png)
![](/skin/haowen/images/icon_star.png)
![](/skin/haowen/images/icon_star.png)
![](/skin/haowen/images/icon_star.png)