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
[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______________________________________________________
_____________________________________________________。
[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)
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。
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
p0
1＋α1＋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：
从图中读出当甲醛浓度减少量为5 000 mg·L－1时，所耗时间约为16 h。 [答案] (1)－156.6 kJ·mol1 (2)p0(1＋α) 50.5 (3)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 < < (4)84.6 16
4．(2019·泸州二模)当发动机工作时， 反应产生的NO尾气是主要污染物之一， NO的脱除方法和转化机理是当前研究的热点。请回答下列问题：
(1)已知：
2NO(g)＋O2(g)===2NO2(g) ΔH1＝－113 kJ·mol－1 6NO2(g)＋O3(g)===3N2O5(g) ΔH2＝－227 kJ·mol－1 4NO2(g)＋O2(g)===2N2O5(g) ΔH3＝－57 kJ·mol－1
则 2O3(g)===3O2(g)是________反应 (填“放热”或“吸热”)，以上O3氧化脱除氮氧化物的总反应是NO(g)＋O3(g)===NO2(g)＋O2(g) ΔH4＝________ kJ·mol－1 最后将NO2与________剂反应转化为无污染的气体而脱除。
(2)已知： 2NO(g)＋O2(g)步骤 反应 2NO(g) 2NO2(g)的反应历程分两步：
活化能 正反应速率方程 v1正＝k1·c2(NO) 逆反应速率方程 v1逆＝k2·c(N2O2) v2逆＝－
Ⅰ N2O2(g)(快) N2O2(g)＋O2(g)2NO2(g) (慢) Ea1 Ⅱ Ea2 v2正＝k3·c(N2O2)·c(O2) k4·c2(NO2) ①表中k1、k2、k3、k4是只随温度变化的常数， 温度升高将使其数值________(填 “增大”或“减小” )。
②反应Ⅰ瞬间建立平衡， 因此决定2NO(g)＋O2(g)
2NO2(g)反应速率快
慢的是反应Ⅱ， 则反应Ⅰ与反应Ⅱ的活化能的大小关系为Ea1________Ea2(填
“>”“<”或“＝”)，请依据有效碰撞理论微观探析其原因_____________
_____________________________________________________。 ③一定温度下，反应2NO(g)＋O2(g)
2NO2(g)的速率方程为v
正
＝k·c2
(NO)·c(O2) 则k＝________ (用k1、k2、k3表示)。
(3)将一定量的NO2放入恒容密闭容器中发生下列反应：2NO2(g)
2NO(g)
＋O2(g) 测得其平衡转化率α(NO2)随温度变化如图所示， 从 b 点到 a 点降温平衡将向________移动。图中 a点对应温度下， NO2的起始压强为160 kPa 该温度下反应的平衡常数Kp＝________(用平衡分压代替平衡浓度计算， 分压＝总压×物质的量分数)。
[解析] (1)已知：①2NO(g)＋O2(g)===2NO2(g) ΔH1＝－113 kJ·mol－1， ②6NO2(g)＋O3(g)===3N2O5(g) ΔH2＝－227 kJ·mol－1 ③4NO2(g)＋O2(g)===2N2O5(g) ΔH3＝－57 kJ·mol－1
根据盖斯定律②×2－③×3得④2O3(g)===3O2(g) ΔH＝－283 kJ·mol－1，因ΔH<0，所以为放热反应；根据盖斯定律(①＋④)÷2得NO(g)＋O3(g)===NO2(g)＋O2(g) ΔH4＝[(－113 kJ·mol－1)＋(－283 kJ·mol－1)]÷2＝－198 kJ·mol－1，最后将NO2与还原剂反应转化为无污染的气体N2而脱除。
(2) ①温度升高化学反应速率加快，所以温度升高将使k1、k2、k3、k4值增大；②反应Ⅰ反应速率快，反应Ⅱ反应速率慢。根据碰撞理论，活化能越低，则在相同条件下单位体积内活化分子数越多，有效碰撞几率就越大，化学反应速率就越快。因此，反应Ⅰ与反应Ⅱ的活化能的大小关系为Ea1 N2O2(g) ，v1正＝k1 c2 (NO)，v1逆＝k2 c(N2O2)，步骤Ⅱ反应：N2O2(g)2NO2(g) ，v2正＝k3 c(N2O2)c(O2)，步骤Ⅰ反应＋步骤Ⅱ反应得总反应： k1c2?NO?k1k32 2NO2(g)v正＝×k3c(N2O2)c(O2)＝·c(NO)·c(O2)＝ k2k2c?N2O2? 2NO(g)＋O2(g) k·c2(NO)·c(O2)，故k＝ k1k3 。 k2 (3)根据反应2NO(g)＋O2(g)===2NO2(g) ΔH1＝－113 kJ·mol－1为放热反应，则反应2NO2(g) 2NO(g)＋O2(g)为吸热反应，从b点到a点降温平衡将向左移 动。图中a点对应温度下，NO2的起始压强为160 kPa，设起始时NO2的物质的量为a，则 2NO2(g) 2NO(g)＋O2(g) 起始(mol) a 0 0 转化(mol) 0.6a 0.6a 0.3a 平衡(mol) 0.4a 0.6a 0.3a 平衡时总物质的量为0.4a＋0.6a＋0.3a＝1.3a，恒温恒容条件下，压强之比等1.3a 于物质的量之比，平衡时总压强为160 kPa×a＝208 kPa，平衡时NO2、NO和O2的平衡分压分别为208 kPa× 0.40.60.3＝64 kPa、208 kPa×＝96 kPa、208 kPa×1.31.31.3 p2?NO?p?O2?962×48 ＝48 kPa，Kp＝2＝＝108 kPa。 642p?NO2? [答案] (1)放热 －198 还原 (2)①增大 ②< 活化能低，同条件下单位体积内活化分子数多，有效碰撞几率大，速率快 ③ k1k3 (3)左 108 kPa k2 5．(2019·九师联盟联考)乙烯是合成纤维、合成橡胶、合成塑料、合成乙醇的基本化工原料。回答下列问题： (1)乙烷裂解制备乙烯越来越受到石化企业的重视。已知部分热化学方程式如下： Ⅰ.C2H6(g) C2H4(g)＋H2(g) ΔH1＝＋137 kJ·mol－1 CO(g)＋H2O(g) ΔH2＝＋42 kJ·mol－1 C2H4(g)＋CO(g)＋H2O(g)ΔH3 Ⅱ.CO2(g)＋H2(g)Ⅲ.C2H6(g)＋CO2(g) ①反应Ⅲ的ΔH3＝________ kJ·mol－1。 ②若在1 273 K时，100 kPa下反应(Ⅰ)达到平衡时，混合气体中C2H4、C2H6、H2的物质的量分别为0.047、0.006、0.047，则乙烯的分压为p(C2H4)＝________ kPa；平衡常数Kp≈________(Kp为以分压表示的平衡常数，计算结果保留1位小数)。 ③恒温恒容密闭容器中进行的反应(Ⅱ)，能说明已达到平衡状态的是________(填字母)。 a．压强不再随时间变化 b．混合气体密度不再随时间变化 c．v(H2)正＝v(CO)逆 d．单位时间内断裂C===O的数目与断裂H—O的相等 ④乙烷直接裂解以及与CO2耦合裂解可能发生的反应及平衡转化率(α)与温度(T)的关系分别如下图所示，已知：a.C2H6 b．C2H6＋CO2c．C2H6＋2CO2d．2C2H6＋CO2e．16C2H6＋9CO2 C2H4＋CO＋H2O； 4CO＋H2； C2H4＋2CO＋2H2＋CH4； 14C2H4＋12CO＋12H2＋6H2O＋CH4。 C2H4＋H2； 下列说法正确的是________(填字母)。 a．600 ℃以下，反应a的趋势最大 b．CO2和C2H6耦合裂解有利于提高乙烷的平衡转化率 c．过量CO2和C2H6耦合高温裂解，可较好防止催化剂表面结炭 d．用合适的催化剂催化CO2和C2H6耦合裂解，可提高反应平衡常数 (2)以太阳能电池为电源，利用电解法也可实现CO2制备乙烯，其装置如图所示。电极a为电源的________(填“正极”或“负极”)，生成乙烯的电极反应式为______________________________________________________ _____________________________________________________。 [解析] (1)①反应Ⅲ＝反应Ⅰ＋反应Ⅱ，则ΔH3＝ΔH1＋ΔH2＝＋179 kJ·mol －1 。 ②在1 273 K时，100 kPa下反应(Ⅰ)达到平衡时，混合气体中C2H4、C2H6、 H2的物质的量分别为0.047、0.006、0.047，乙烯的分压为p(C2H4)＝0.047 ×100 kPa＝47 kPa；p(C2H6)＝6 kPa，p(H2)＝47 kPa，平衡 0.047＋0.006＋0.047 47 kPa×47 kPa 常数Kp＝≈368.2 kPa。 6 kPa ③反应(Ⅱ)反应前后气体数目不变，压强一直恒定，故压强不再随时间变化不能说明已达到平衡状态，a错误；反应物和生成物全是气体，由质量守恒可知气体质量不变。且恒容密闭容器，由密度＝气体质量÷容器体积，可知密度一直恒定，故混合气体密度不再随时间变化不能说明已达到平衡状态，b错误。 ④600 ℃以下，反应e的α(C2H6)最大，故反应e的趋势最大，a错误；d平衡常数仅受温度影响，催化剂不会改变平衡常数，d错误。 (2)与电极a相连的电极上CO2转化为乙烯，碳元素的化合价降低，得到电子，发生还原反应，作为阴极，故电极a为电源的负极，生成乙烯的电极反应式为2CO2＋12H＋＋12e－===CH2===CH2＋4H2O。 [答案] (1)①＋179 ②47 368.2 ③cd ④bc (2)负极 2CO2＋12H＋＋12e－===CH2===CH2＋4H2O 6．(2019·临沂模拟)氮及其化合物与人类生产、生活密切相关。 (1)在373 K时，向体积为2 L的恒容真空容器中通入0.40 mol NO2，发生反应：2NO2(g) N2O4(g) ΔH＝－57.0 kJ·mol－1。测得NO2的体积分数[φ(NO2)] 与反应时间(t)的关系如下表： t/min φ(NO2) 0 1.0 20 0.75 40 0.52 60 0.40 80 0.40 ①0～20 min内，v(N2O4)＝________ mol·L－1·min－1。 ②上述反应中，v(NO2)＝k1·c2(NO2)，v(N2O4)＝k2·c(N2O4)，其中k1、k2为速率常数，则373 K时，k1、k2的数学关系式为________。改变温度至T1时，k1＝k2，则T1________373 K(填“>”“<”或“＝”)。 (2)连二次硝酸(H2N2O2)是一种二元弱酸。25 ℃时，向100 mL 0.1 mol·L－1 H2N2O2溶液中加入V mL 0.1 mol·L－1 NaOH溶液。(已知25 ℃时，连二次硝酸的 Ka1＝10－7，Ka2＝10－12) － ①若V＝100，则所得溶液中c(H2N2O2)________c(N2O22) (填“>”“<”或 “＝”)，通过计算解释原因___________________________________ _____________________________________________________。 ②若V＝200，则所得溶液中离子浓度由大到小的顺序为______________________________。 [解析] (1)①设 0～20 min内生成N2O4的物质的量是x mol 2NO2(g) － N2O4(g) 开始/(mol·L1) 0.20 0 x转化/(mol·L) x 2 －1 20 min末/(mol·L－1) 0.2－x 0.2－x ＝0.75 0.2－x＋0.5x x 2 x x＝0.08 mol，v(N2O4)＝ mol/L÷20 min＝2.0×10－3 mol·L－1·min－1。 2②设平衡时N2O4的浓度为x mol·L－1 2NO2(g) N2O4(g) 开始/(mol·L－1) 0.20 0 转化/(mol·L－1) 2x x 平衡/(mol·L－1) 0.2－2x x 0.2－2x ＝0.4 0.2－2x＋x x＝0.075 mol·L－1，v(NO2)∶v(N2O4)＝2∶1即k1c2(NO2)∶k2c(N2O4)＝2∶1，k1×0.0 025∶k2×0.075＝2∶1，所以k1＝60k2。若改变温度至T1时k1＝k2，则正反应速率小于逆反应速率，平衡逆向移动，该反应的正反应放热，所以T1>373 K； －(2) ①若V＝100，溶液中的溶质是NaHN2O2，HN2O－2的电离平衡常数是10－14 10Kw－12，水解平衡常数是＝－7＝10－7，水解大于电离，所以c(H2N2O2)>c(N2O22)；Ka110－ ②若V＝200，溶液中的溶质是Na2N2O2，N2O22发生两步水解反应，所以所得溶－－－＋液中离子浓度由大到小的顺序为c(Na＋)>c(N2O22)>c(OH)>c(HN2O2)>c(H)。 [答案] (1)①2.0×10－3 ②k1＝60k2 > (2)①> 恰好完全反应生成 － Kw1014 NaHN2O2，Kh(HN2O2)＝＝－7＝10－7>Ka2＝10－12，水解程度大于电离程度， Ka110 － －＋－－2－ 因此溶液中c(H2N2O2)＞c(N2O22) ②c(Na)＞c(N2O2)＞c(OH)＞c(HN2O2)＞ c(H＋)
2020年高考化学突破二轮复习人教通用版专练：大题题型集训3 化学反应原理Word版含解析
