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1、大题突破练(三)化学反应原理综合题1234561.(2023辽宁沈阳一模)氢气作为一种清洁能源,一直是能源研究的热点,水煤气变换反应可用于大规模制H2,反应原理如下:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)H=-41.2kJmol-1。(1)根据下表中提供的数据,计算x=kJmol-1。化学键C=OCOOHHH键能/(kJmol-1)803x463436(2)实验发现其他条件不变,在体系中投入一定量CaO可以增大H2的体积分数,从化学平衡的角度解释原因:。1074.8CaO与生成物CO2反应,生成物浓度减小,平衡正向移动,氢气的体积分数增大123456(3)某温度下,在一恒容密闭容器中
2、充入CO和H2On(CO)n(H2O)=11.5,加入催化剂使其发生上述反应(忽略其他副反应),测得该反应中初始压强为p0,分压如图甲所示(t时刻前,H2O的分压未给出),则A点坐标为(t,)、平衡常数Kp=。甲0.5123456乙30.0123456(5)储氢合金能有效解决氢气的贮存和运输问题。某储氢合金的结构属六方晶系,晶体结构及俯视图分别如图(a)、(b)所示。已知a、b两点的分数坐标分别为,则c点坐标为。X射线衍射测定两晶面间距为dpm(见图b),高为cpm,设阿伏加德罗常数的值为NA,该晶体的摩尔质量为Mgmol-1,则密度为gcm-3。(列出表达式)123456解析(2)其他条件不
3、变,在体系中投入一定量CaO,CaO与生成物CO2反应生成CaCO3,生成物浓度减小,平衡正向移动,氢气的体积分数增大。1234561234562.(2023陕西西安中学二模)可燃冰是一种高效清洁能源,中国已勘探的可燃冰储量居世界第一,持续安全开采量创下了世界纪录,有望2030年实现产业化开采。科学家也对CH4进行了重点研究。.CH4与CO2重整的工艺过程中涉及如下反应:反应:CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)H1=+247.4kJmol-1反应:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)H2反应:CH4(g)+O2(g)CO(g)+2H2(g)H3=-35.6kJmo
4、l-1(1)已知:反应 O2(g)+H2(g)H2O(g)H4=-241.8kJmol-1,则H2=kJmol-1。+41.2123456(2)一定条件下,向容积为VL的密闭容器中通入CH4、CO2各1.0mol及少量O2,测得不同温度下反应平衡时各产物产量如图所示。图中a和c分别代表产生和。由图中信息判断900K后产生H2O的主要反应并说明理由。H2H2O由图知900K后随温度升高n(H2O)减小,说明升温平衡移动方向为吸热方向,应该是n(H2O)减小方向,逆反应吸热的反应(H2+O2H2O)为主要反应1100K平衡时,CH4与CO2的转化率分别为95%和90%,体系内剩余nmolO2,反应
5、的平衡常数K=(写出计算式)。密闭恒容条件下,反应达到平衡的标志是(填字母)。A.每消耗1molCO2的同时消耗1molH2B.CO的分压不再发生变化C.气体平均相对分子质量不再发生变化D.气体密度不再发生变化BE123456123456.将CH4与一种产生温室效应的气体利用电解装置进行耦合转化,原理示意如图。(3)电池工作时,O2-向电极移动。(4)若消耗CH4和产生温室效应气体的体积比为32,则生成乙烷和乙烯的体积比为。B21123456解析(1)反应O2(g)+H2(g)H2O(g)为反应,由盖斯定律反应=-+,故H2=H1-H3+H4=(247.4+35.6-241.8)kJmol-1
6、=+41.2kJmol-1。(2)由反应可知,反应产物有CO、H2和H2O,生成的H2会在反应中与CO2反应生成CO,CO的产量高于H2,故a曲线表示产物H2,b曲线表示CO,c曲线表示H2O;反应是吸热反应,升高温度,有利于反应正向进行,H2O的含量增大,但反应 O2(g)+H2(g)H2O(g)为放热反应,升高温度,不利于反应正向进行,H2O的含量减小,由图知900K后H2O的含量减小,说明此时以H2O的含量减小的反应为主,故900K后,生成H2O的主要反应为反应。123456123456(3)产生温室效应的气体为CO2,且其在电极A上发生的反应为CO2+2e-CO+O2-,故电极A为电解
7、池阴极,电极B为电解池阳极。电池工作时,O2-产生于电极A消耗于电极B,故O2-向电解池阳极即电极B移动。(4)若消耗CH4和产生CO2的体积比为32,根据阿伏加德罗定律,同温同压下,气体体积比等于物质的量之比,可令CH4和CO2物质的量分别为3mol和2mol,乙烷和乙烯物质的量分别为x、y,再根据得失电子守恒,电极A:2molCO24mole-,电极B:3molCH4+4mole-yC2H4+xC2H6,可得方程组1234563.(2023湖南雅礼中学三模)甲醇是重要的化工原料,合成甲醇和利用甲醇的研究和探索,在国际上一直受到重视。工业上常利用CO2和H2为原料合成甲醇,再利用甲醇生产丙烯
8、。回答下列问题:(1)常温下,H2和甲醇的燃烧热分别为285.8kJmol-1和726.4kJmol-1,1mol甲醇汽化需要吸收82.0kJ的热量,则CO2和H2在Cu/ZnO催化作用下合成气态甲醇的热化学方程式为CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(l)H=kJmol-1;上述反应分两步进行:第一步(写化学方程式)H0第二步Cu/Zn*+2H2+CO2Cu/ZnO*+CH3OHH0-49.0Cu/ZnO*+H2Cu/Zn*+H2O123456第二步反应几乎不影响总反应达到平衡所用的时间,由此推知以下能正确表示Cu/ZnO催化CO2和H2合成甲醇反应过程的示意图为(填字母)。c
9、123456(2)工业上用CO2和H2催化合成甲醇存在如下反应:主反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)H0一定条件下,在装有催化剂的密闭容器中投入amolCO2和3amolH2,发生上述合成反应。在相同时间内,测得甲醇产率与温度的关系如图所示。图中490K之后,甲醇的产率随温度的升高而减小的原因可能是。升高温度,主反应平衡逆向移动,甲醇产率降低;催化剂活性降低或副反应更易进行123456某温度下,达平衡时容器中CH3OH的物质的量为cmol,CO的物质的量为dmol。则此条件下CO2的转化率为(列式表示,下同);此条件下副反应的平衡常数为。关于主反应CO2(g)+3H2
10、(g)CH3OH(g)+H2O(g)H0,已知该反应的v(正)=k正c(CO2)c3(H2),v(逆)=k逆c(CH3OH)c(H2O)(k正、k逆分别为正、逆向反应速率常数)。该反应的随温度变化的曲线如图所示,则表示随温度变化的曲线。m 123456第一步反应吸热,第二步反应放热,可排除b、d选项,又由于第二步反应几乎不影响总反应达到平衡所用的时间,第二步速率快,反应活化能低于第一步,则c正确。123456(2)由图像可知,490K之前,温度升高,反应速率加快,甲醇产率增大,在490K时,反应达到平衡,此时甲醇产率达最高值,继续升高温度,主反应平衡逆向移动,另外随温度升高催化剂活性降低或副反
11、应更易进行,使得甲醇产率降低;根据题意可列三段式,注意主反应各物质的末态量作为副反应对应物质的起始量,已知量为CO2、H2的起始物质的量、CH3OH、CO的末态物质的量:123456CO2+3H2CH3OH+H2On0a3a00n-c-3c+c+cnta-c3(a-c)ccCO2+H2CO+H2On0a-c3(a-c)0cn-d-d+d+dnta-c-d3(a-c)-d dc+d1234561234564.(2023湖北十堰二模)氮及其化合物一直为环境科学领域研究的重点。(1)废水中的NH3可通过硝化作用消除,已知:则NH3通过硝化作用转化为的热化学方程式为。NH3(g)+2O2(g)(aq)
12、+H+(aq)+H2O(l)H=-346.69kJmol-1123456(2)某科研小组设计双阴极微生物燃料电池进行同步硝化和反硝化脱氮研究,如图所示,“厌氧阳极”的电极反应方程式为,若“好氧阴极”1mol完全硝化生成,此时向该电极输送电子的物质的量为4mol,则“好氧阴极”区消耗的O2在标准状况下的体积约为L。C6H12O6+6H2O-24e-6CO2+24H+67.2123456(3)汽车尾气中的CO、NO等气体可在催化剂表面发生氧化还原反应进行消除,主要原理如下:2CO(g)+2NO(g)2CO2(g)+N2(g)H”“B123456若该反应在绝热、恒容的密闭体系中进行,下列示意图正确且
13、能说明反应在进行到t1时刻达到平衡状态的是。已知:压强平衡常数Kp含义为在平衡体系中用气体物质的分压(p=p总物质的量分数)代替浓度,计算得到的平衡常数。若容器内起始压强为p0,则C点的压强平衡常数。、1234561234561234562CO(g)+2NO(g)2CO2(g)+N2(g)起始量/mol4200转化量/mol1.61.61.60.8平衡量/mol2.40.41.60.81234565.(2023湖北教研联盟联考)将CO2转化为有机碳酸酯CH3OCOOCH3(g)(DMC),可有效减少碳排放。CO2转化为DMC的总反应为3CO2(g)+6H2(g)CH3OCOOCH3(g)+3H
14、2O(g)K总,可通过、两步反应完成:.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)K1.CO2(g)+2CH3OH(g)CH3OCOOCH3(g)+H2O(g)K2请回答下列问题:(1)有机碳酸酯CH3OCOOCH3中碳原子的杂化方式为,1molCH3OH中含有的键数目为NA。sp2、sp35123456(2)反应的反应机理如图1所示,其中催化剂参与催化循环和脱水循环。图1该反应的催化剂是,该物质还有另一个作用提高DMC的平衡产率,结合反应机理图分析其中的原因:_。催化剂的中间产物使产物水离开反应体系,促使平衡正向移动,提高反应中DMC的平衡产率123456将物质的量之比为12的
15、CO2和CH3OH的混合气体以相同流速通过两种不同的催化剂a、b,仅发生反应。相同时间内CO2的转化率如图2所示。图2M点(填“是”或“不是”)对应温度下的CO2的平衡转化率,原因是。不是催化剂不改变反应物的平衡转化率,相同温度下,催化剂b对应的CO2的转化率比M点高,说明M点未达到平衡123456(3)一定温度范围内lgK-T的线性关系如图3。对于反应,活化能E正(填“”或“”)E逆。K总=K2时,该温度下K1=。某温度下,在5L恒容密闭容器中充入5molCO2和10molH2,发生反应、,反应经10min达到平衡,此时n(CH3OCOOCH3)=1mol,n(CH3OH)=1mol,则K2
16、=。图3120123456解析(1)有机碳酸酯CH3OCOOCH3中含有甲基和碳氧双键,碳原子的杂化方式为sp2、sp3,CH3OH中只含有单键,则1molCH3OH中含有5mol键,其数目为5NA。(2)由图可知,在反应过程中先消耗再生成参与第一步反应,是催化剂;该物质还有另一个作用提高DMC的平衡产率,原因是:催化剂的中间产物使产物水离开反应体系,促使平衡正向移动,提高反应中DMC的平衡产率;催化剂不改变反应物的平衡转化率,相同温度下,催化剂b对应CO2的转化率比M点高,说明M点未达到平衡,M点不是对应温度下CO2的平衡转化率。123456(3)由图3可知,升高温度,K2减小,说明平衡逆向移动,则反应是放热反应,则活化能E正E逆;由盖斯定律可知,2+可得总反应3CO2(g)+6H2(g)CH3OCOOCH3(g)+3H2O(g)K总,则K总=K2,K总=K2时,该温度下K1=1,在5L恒容密闭容器中充入5molCO2和10molH2,发生反应、,反应经10min达到平衡,此时n(CH3OCOOCH3)=1mol,n(CH3OH)=1mol,根据已知条件列出“三段式”:CO2(g)+
