大题题型集训(三) 化学反应原理
(建议用时：35分钟) (对应学生用书第172页)
1．(2019·江南十校联考)含氮化合物在生产、生命活动中有重要的作用。回答下列问题：
(1)已知：4NH3(g)＋5O2(g)===4NO(g)＋6H2O(g) ΔH1＝－a kJ·mol－14NH3(g)＋6NO(g)===5N2(g)＋6H2O(g) ΔH2＝－b kJ·mol－1，H2O(l)===H2O(g) ΔH3＝＋c kJ·mol
－
1
，写出在298 K时，氨气燃烧生成N2的热化学方程式
_____________________________________________________。
(2)肌肉中的肌红蛋白(Mb)可与O2结合生成MbO2：Mb(aq)＋O2(g) MbO2(aq)，其中k正和k逆分别表示正反应和逆反应的速率常数，即v正＝k
正
c(Mb)·p(O2)，v逆＝k逆·c(MbO2)。37 ℃时测得肌红蛋白的结合度(α)与p(O2)的关·
系如下表[结合度(α)指已与O2结合的肌红蛋白占总肌红蛋白的百分比]： p(O2) α(MbO2%) 0.50 50.0 1.00 67.0 2.00 80.0 3.00 85.0 4.00 88.0 5.00 90.3 6.00 91.0 ①计算37 ℃、p(O2)为2.00 kPa时，上述反应的平衡常数K＝________。 ②导出平衡时肌红蛋白与O2的结合度(α)与O2的压强[p(O2)]之间的关系式α＝________(用含有k正、k逆的式子表示)。
[解析] (1)根据盖斯定律(①×3＋②×2－③×30)÷5，可得热化学方程式：3a＋2b＋30c4NH3(g)＋3O2(g)===2N2(g)＋6H2O(l) ΔH＝－ kJ·mol－1。
5
(2)①37 ℃、p(O2)＝2.00 kPa时，结合度为80.0，化学平衡常数K＝＝
c?MbO2?
c?Mb?·p?O2?
0.8
＝2.00；②由结合度的定义式可知，反应达平衡时，v正＝v逆，所以K
0.2×2.00
k正k正·c?Mb?·p?O2?c?MbO2?
＝＝，可求出c(MbO2)＝，代入结合度定义式α＝c?Mb?·p?O2?k逆k逆k正·p?O2?c?MbO2?
，可得α＝。
c?MbO2?＋c?Mb?k正·p?O2?＋k逆
- 1 -
[答案] (1)4NH3(g)＋3O2(g)===2N2(g)＋6H2O(l) ΔH＝－kJ·mol－1
(2)①2.00 ②
k正·p?O2?
k正·p?O2?＋k逆
3a＋2b＋30c
5
2．(2019·韶关模拟)甲醇是一种可再生能源，由CO2制备甲醇的过程可能涉及的反应如下：
反应Ⅰ：CO2(g)＋3H2(g)反应Ⅱ：CO2(g)＋H2(g)反应Ⅲ：CO(g)＋2H2(g)ΔH3＝－90.77 kJ·mol－1 回答下列问题：
(1)反应Ⅱ的ΔH2＝________，若反应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ平衡常数分别为K1、K2、K3，则K2＝________(用K1、K3表示)。
(2)反应Ⅲ自发进行条件是________(填“较低温度”“较高温度”或“任何温度”)。
(3)在一定条件下2 L恒容密闭容器中充入3 mol H2和1.5 mol CO2，仅发生反应Ⅰ，实验测得不同反应温度与体系中CO2的平衡转化率的关系，如下表所示。
温度(℃) CO2的平衡转化率 500 60% T 40% CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH1＝－49.58 kJ·mol－1 CO(g)＋H2O(g) ΔH2 CH3OH(g)
①T________500 ℃(填“>”“<”“＝”)。 ②温度为500 ℃时，该反应10 min时达到平衡。用H2表示该反应的反应速率v(H2)＝________；该温度下，反应Ⅰ的平衡常数K＝________。
(4)由CO2制备甲醇还需要氢气。工业上用电解法制取Na2FeO4，同时获得氢电解－
气：Fe＋2H2O＋2OH－=====FeO24＋3H2↑，工作原理如图所示。电解一段时间后，c(OH－)降低的区域在________(填“阴极室”或“阳极室”)。该室发生的电极反应式为______________________________________________________
_____________________________________________________。
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[解析] (1)依据盖斯定律可得：Ⅱ＝Ⅰ－Ⅲ，ΔH2＝ΔH1－ΔH3＝－49.58 kJ·mol－1＋90.77 kJ·mol－1＝＋41.19 kJ·mol－1，反应Ⅱ为反应Ⅰ和反应Ⅲ的差，所以反应Ⅱ的平衡常数为K2＝K1/K3。
(2)该反应的ΔS<0、ΔH<0，当较低温度时，反应Ⅲ能够自发进行。 (3)①反应Ⅰ的正反应是放热反应，所以升高温度二氧化碳的转化率减小，则温度越低转化率越大，即T高于500 ℃。
②CO2的变化量为1.5 mol×60%＝0.9 mol CO2(g)＋ 3H2(g)
CH3OH(g)＋H2O(g)
初始量： 1.5 mol 3 mol 0 0 变化量： 0.9 mol 2.7 mol 0.9 mol 0.9 mol 平衡量： 0.6 mol 0.3 mol 0.9 mol 0.9 mol
0.90.9
×22－1－1
v(H2)＝(2.7 mol÷2 L)÷10 min＝0.135 mol·L·min，K＝＝200。
0.6?0.3?3
×??2?2?(4)该装置为电解池，阳极电极材料是Fe，铁在阳极失去电子，阳极的电极反
－－
应为Fe－6e－＋8OH－===FeO24＋4H2O，由于阳极消耗了OH，所以随着电解的
进行c(OH－)会逐渐降低。
[答案] (1)＋41.19 kJ·mol－1 K1/ K3 (2)较低温度 (3)①> ②0.135 mol·L－
1
－·min－1 200 (4)阳极室 Fe－6e－＋8OH－===FeO24＋4H2O
3．(2019·茂名模拟)甲醛在木材加工、医药等方面有重要用途。甲醇直接脱氢是工业上合成甲醛的新方法，制备过程涉及的主要反应如下：
反应Ⅰ：CH3OH(g)
HCHO(g)＋H2(g) ΔH1＝＋85.2 kJ·mol－1
HCHO(g)＋H2O(g) ΔH2
1
反应Ⅱ：CH3OH(g)＋O2(l)
21
反应Ⅲ：H2(g)＋O2(l)
2ΔH3＝－241.8 kJ·mol－1
H2O(g)
- 3 -
副反应：
反应Ⅳ：CH3OH(g)＋O2(g)
CO(g)＋2H2O(g) ΔH4＝－393.0 kJ·mol－1
(1)计算反应Ⅱ的反应热ΔH2＝_________________________________。 (2)750 K下，在恒容密闭容器中，发生反应CH3OH(g)
HCHO(g)＋H2(g)，
若起始压强为p0，达到平衡时转化率为α，则平衡时的总压强p平＝________(用含p0和α的式子表示)；当p0＝101 kPa，测得α＝50.0%，计算反应平衡常数Kp＝________ kPa(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数，忽略其它反应)。
(3)Na2CO3是甲醇脱氢制甲醛的催化剂，有研究指出，催化反应的部分机理如下：
历程ⅰ：CH3OH―→·H＋·CH2OH 历程ⅱ：·CH2OH―→·H＋HCHO 历程ⅲ：·CH2OH―→3·H＋CO 历程ⅳ：·H＋·H―→H2
下图表示一定条件下温度对碳酸钠催化脱氢性能的影响，回答下列问题：
①从平衡角度解释550 ℃～650 ℃甲醇生成甲醛的转化率随温度升高的原因______________________________________________________
_____________________________________________________。
②反应历程ⅰ的活化能________(填“>”“<”或“＝”)。CH3OH(g)
HCHO(g)＋H2(g)活化能。
③650 ℃～750 ℃，反应历程ⅱ的速率________(填“>”“<”或“＝”)反应历程ⅲ的速率。
(4)吹脱是处理甲醛废水的一种工艺，吹脱速率可用方程v＝0.042 3c mg·L－1·h
－1
表示(其中c为甲醛浓度)，下表为常温下甲醛的浓度随吹脱时间变化数据。
- 4 -
浓度(mg·L－1) 吹脱时间(h) 10 000 0 8 000 7 4 000 23 2 000 39 1 000 55 则当甲醛浓度为2 000 mg·L－1时，其吹脱速率v＝______ mg·L－1·h－1，分析上表数据，起始浓度为10 000 mg·L－1，当甲醛浓度降为5 000 mg·L－1时，吹脱时间为________h。
[解析] (1)根据盖斯定律计算反应Ⅱ的反应热ΔH2＝ΔH1＋ΔH3＝－241.8 kJ·mol－1＋85.2 kJ·mol－1＝－156.6 kJ·mol－1。
(2)若起始压强为p0，达到平衡转化率为α， CH3OH(g)
HCHO(g)＋H2(g)
起始量(mol)： 1 0 0 变化量(mol): α α α 平衡时(mol): 1－α α α
压强之比等于物质的量之比，则p0∶p平＝1∶(1＋α)，p平＝p0(1＋α)；当p0＝α0.52
p0?2??×101 kPa1＋α1＋0.5
101 kPa，测得α＝50.0%，计算反应平衡常数Kp＝＝＝1－α1－0.5
p1＋α01＋0.5
?
50.5 kPa。
(3)①从平衡角度可知， 550 ℃～650 ℃甲醇生成甲醛的转化率随温度升高的原因是甲醇脱氢反应为吸热反应，升高温度，有利于脱氢反应向正反应方向进行。②由盖斯定律，历程ⅰ＋历程ⅱ＋历程ⅳ得CH3OH(g)两者吸收能量，历程ⅳ放出能量，总反应CH3OH(g)
HCHO(g)＋H2(g)，前HCHO(g)＋H2(g)是吸热
反应，故历程ⅰ的活化能小于总反应的活化能。③由图可知650 ℃～750 ℃时，甲醇的转化率变大，但甲醛的选择性变小，反应历程ⅱ的速率小于反应历程ⅲ的速率。
(4)当甲醛浓度为2 000 mg·L－1时，吹脱速率v＝0.042 3c mg·L－1·h－1＝0.042 3×2 000 mg·L－1·h－1＝84.6 mg·L－1·h－1；根据甲醛浓度减少量和时间之间关系作图：
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2020版高考化学突破二轮复习人教全国通用版专练：大题题型集训3 化学反应原理 Word版含解析
