2020年高考化学之考前抓大题07 化学反应原理综合题(一)(解析版)

大题07 化学反应原理综合题（一）1．环戊烯是生产精细化工产品的重要中间体，其制备涉及的反应如下：回答下列问题：(l)反应的△H= _________ kJ/mol。

(2)解聚反应在刚性容器中进行。

①其他条件不变，有利于提高双环戊二烯平衡转化率的条件是__________（填标号）。

A．升高温度B．降低温度C．增大压强D．减小压强②实际生产中常通入水蒸气以降低双环戊二烯的沸点。

某温度下，通入总压为l00kPa的双环戊二烯和水蒸气，达到平衡后总压为160kPa，双环戊二烯的转化率为8 0%，则pH2O=___kpa，平衡常数K p=____________kPa (K p为以分压表示的平衡常数)(3) 一定条件下，将环戊二烯溶于有机溶剂中进行氢化反应，反应过程中保持氢气压力不变，测得环戊烯和环戊烷的产率（以环戊二烯为原料计）随时间变化如下图所示。

①将环戊二烯溶于有机溶剂中可减少二聚反应的发生，原因是______________________，②最佳的反应时间为________h。

活化能较大的是______________（填“氢化反应”或“副反应”）。

(4)已知氢化反应平衡常数为1.6 × 1012，副反应的平衡常数为2.0×10l2。

在恒温恒容下，环戊二烯与氢气按物质的量之比为1：1进行反应，则环戊二烯的含量随时间变化趋势是______________________（不考虑环戊二烯的二聚反应）。

【答案】（1）-209.9（2）AD 25 960（3）降低环戊二烯浓度，减小二聚速率；稀释有利于平衡向解聚方向移动 4 副反应（4）先变小后变大（最后不变）【解析】（1）已知，，根据盖斯定律，由氢化反应+副反应得反应△H=-100.5kJ/mol-109.4kJ/mol=-209.9kJ/mol；(2)①提高双环戊二烯平衡转化率则平衡正向移动；A.升高温度，平衡向吸热反应的正反应方向移动，选项A符合；B．降低温度，平衡向放热反应的逆反应方向移动，选项B不符合；C．增大压强，平衡向气体体积缩小的逆反应方向移动，选项C不符合；D．减小压强，平衡向气体体积增大的正反应方向移动，选项D符合；答案选AD；②实际生产中常通入水蒸气以降低双环戊二烯的沸点。

某温度下，通入总压为l00kPa的双环戊二烯和水蒸气，达到平衡后总压为160kPa，则增压60kPa，双环戊二烯的转化率为8 0%，则反应前双环戊二烯的分压为60kPa7580%kPa=，则pH2O=l00kPa-75kPa=25kPa，平衡时双环戊二烯、环戊二烯的平衡分压分别为15kPa、120kPa，平衡常数K p=()212015kPakPa=960kPa；(3)①将环戊二烯溶于有机溶剂中可减少二聚反应的发生，原因是降低环戊二烯浓度，减小二聚速率；稀释有利于平衡向解聚方向移动；②根据图中信息可知，4h时环戊烯的产率最大，故最佳的反应时间为4h。

根据各反应的焓变以及环戊烯和环戊烷产率随时间的变化曲线可知，活化能较大的是副反应；(4)已知氢化反应平衡常数为1.6 ×1012，副反应的平衡常数为2.0×1012。

在恒温恒容下，环戊二烯与氢气按物质的量之比为1：1进行反应，开始一段时间，氢化反应的活化能较小，氢化反应比副反应快，环戊二烯的含量随时间的推移变小；一段时间后，由于副反应的平衡常数大于氢化反应的平衡常数，副反应进行的程度大、放热多，使氢化反应逆向进行，环戊二烯的含量随时间推移又变大，直至最后不变。

2．CH4超干重整CO2技术可得到富含CO的气体，用于生产多种化工产品。

该技术中的化学反应为：CH4(g)+3CO2(g) 2H2O(g)+4CO(g) ΔH=+330kJ/mol（1）下图表示初始投料比n(CH4):n(CO2)为1:3或1:4，CH4的转化率在不同温度（T1、T2）下与压强的关系。

[注：投料比用a1、a2表示]①a2=__________。

②判断T1的T2的大小关系，并说明理由：__________。

（2）CH4超干重整CO2的催化转化原理示意图如下：①过程Ⅰ，生成1mol H2时吸收123.5kJ热量，其热化学方程式是__________。

②过程Ⅱ，实现了含氢物种与含碳物种的分离。

生成H2O(g)的化学方程式是__________。

③假设过程Ⅰ和过程Ⅱ中的各步均转化完全，下列说法正确的是__________。

（填序号）a．过程Ⅰ和过程Ⅱ中发生了氧化还原反应b．过程Ⅱ中使用的催化剂为Fe3O4和CaCO3c．若过程Ⅰ投料()()421n CHn CO=，可导致过程Ⅱ中催化剂失效【答案】（1）1:4 T 2>T 1 正反应为吸热反应，温度升高时甲烷的转化率增大（2）CH 4(g)+CO 2(g)=2CO(g)+2H 2(g) ΔH=+247kJ/mol 4H 2+Fe 3O 4===V3Fe+4H 2O ac【解析】(1). ①.在相同条件下，投料比越小，甲烷的转化率越大，据图可知，a 2＞a 1，故a 2表示的是1:4时甲烷的转化率，故答案为：1:4； ②. 因CH 4(g)+3CO 2(g)2H 2O(g)+4CO(g)的正反应为吸热反应，温度升高时，平衡正向移动，甲烷的转化率增大，则T 2>T 1，故答案为：T 2>T 1，正反应为吸热反应，温度升高时甲烷的转化率增大； (2). ①.在过程I 中，生成1mol H 2时吸收123.5kJ 热量，据图可知，其热化学方程式为：CH 4(g)+CO 2(g)=2CO(g)+2H 2(g) ΔH=+247kJ/mol ，故答案为：CH 4(g)+CO 2(g)=2CO(g)+2H 2(g) ΔH=+247kJ/mol ；②. 由过程II 的转化关系来看，混合气体中的H 2将Fe 3O 4还原为Fe ，反应方程式为：4H 2+Fe 3O 43Fe+4H 2O ，故答案为：4H 2+Fe 3O 4 3Fe+4H 2O ；③. a. 两个过程都有元素化合价的改变，都发生了氧化还原反应，故a 正确；b. 过程II 中Fe 3O 4最终被还原为Fe ，Fe 3O 4不是催化剂，故b 错误；c. 若初始投料比()()42n CH 1n CO =时，二者恰好按照题给方程式反应，无CO 2生成，导致CaCO 3无法参加反应，使催化剂中毒失效，故c 正确；答案选ac 。

3．减少氮的氧化物和碳的氧化物在大气中的排放是环境保护的重要内容之一。

合理应用和处理碳、氮及其化合物，在生产生活中有重要意义。

(1)对温室气体 CO 2 的研究一直是科技界关注的重点。

在催化剂存在下用 H 2 还原 CO 2 是解决溫室效应的重要手段之一。

已知：①H 2 和 CH 4 的燃烧热分别为 285.5 kJ/mol 和 890.0 kJ/mol 。

②H 2O(1)===H 2O(g) ΔH ＝+44 kJ/mol试写出H 2还原CO 2生成CH 4和H 2O(g)的热化学方程式_____。

(2)CO 2在Cu−ZnO 催化下，可同时发生如下的反应I 、II ，其可作为解决温室效应及能源短缺的重要手段。

I ．CO 2(g)＋3H 2(g)CH 3OH(g)＋H 2O(g)ΔH 1＝－57.8kJ/mol II ．CO 2(g)＋H 2(g)CO(g)＋H 2O(g)ΔH 2＝+41.2kJ/mol对于气体参加的反应，表示平衡常数K p 时，用气体组分(B)的平衡分压p(B)代替该气体的平衡浓度c(B)，则反应II 的K p =_____［已知：气体各组分的分压p(B)，等于总压乘以其体积分数］。

在Cu−ZnO存在的条件下，保持温度T不变，在一刚性密闭容器中，充入一定量的CO2及H2，起始及达平衡时，容器内各气体物质的量如下表：若反应I、II均达平衡时，p0＝1.2p，则表中n1＝_____；若此时n2＝3．则反应I的平衡常数Kp＝_____(无需带单位，用含总压p的式子表示)。

(3)汽车尾气是雾霾形成的原因之一，研究氮氧化物的处理方法可有效减少雾霾的形成。

可采用氧化还原法脱硝：4NO(g)＋4NH 3(g)＋O2(g)4N2(g)＋6H2O(g)ΔH＜0(4)根据图示判断提高脱硝效率的最佳条件是_____；氨氮比一定时，在400℃时，脱硝效率最大，其可能的原因是_____。

用活性炭还原法也可以处理氮氧化物，某研究小组向某密闭容器加入一定量的活性炭和NO，发生反应：C(s)＋2NO(g)N 2(g)＋CO2(g)ΔH＞0在T℃时，反应进行到不同时间测得各物质的量浓度如下：30min后，只改变某一条件，根据上表的数据判断改变的条件可能是______填字母)。

A．通入一定量的CO2B．加入合适的催化剂C．适当缩小容器的体积D．通入一定量的NO E．加入一定量的活性炭F．适当升高温度【答案】CO(g)+4H(g)=CH(g)+2H O(l) ΔH=-164kJ/mol（1）2242（2）2p 22p(CO)p(H O)K =p(CO )p(H ) 1.0mol p 275K =4p（3）400℃下，氨氮比1.0 温度过低，反应速率太慢，温度过高，平衡常数太低 CD 【解析】本题是一道化学反应原理的综合题，难度一般，主要考察学生对反应原理的综合掌握能力，按照要求来解答即可。

（1）将2222H (g)+O (g)=2H O(l)设为式①，4222CH (g)+2O (g)=CO (g)+2H O(l)设为式②，水的蒸发设为式③，则用2-+2⨯⨯①②③即可得到2242CO (g)+4H (g)=CH (g)+2H O(l)，再根据盖斯定律-285.54+890.0+442=-164kJ/mol ⨯⨯算出反应热即可；在条件一定的情况下，气体的分压和物质的量成正比，而物质的量与浓度也成正比，因此可用压强来代替浓度，因此2p 22p(CO)p(H O)K =p(CO )p(H )；（2）若只发生反应II ，反应前后气体分子数不变，压强是不变的，因此只有反应I 能改变压强；根据化学计量数之比，每生成1mol 甲醇，气体分子总数就要减少2mol ，则1p()n()5+7===1.2p()n()5+7-2n 反应前反应前反应后反应后，解得1n =1mol ；此时体系中气体总物质的量为10mol ，因此23p p(H O)=10，3p p(CH OH)=10，又因为体系中一共消耗了3mol 2CO ，所以平衡时剩余的2CO 的分压为22p p(CO )=10，同理22pp(H )=10，代入反应I的化学平衡表达式32p 322p(CH OH)p(H O)K =p(CO )p (H )解得p 275K =4p ；（3）根据图示可以看出当氨氮比为1.0，且温度为400℃时脱硝效率最高，接近100%，故此时为最佳条件；正反应是放热的，因此若温度过高会导致平衡常数减小，反应不能完全进行，但若温度太低会导致反应速率过慢，因此400℃是一个最佳的反应条件；根据表中数据我们发现反应进行到20min 时已经达到了平衡状态，一直持续到30min ，代入平衡常数的表达式22122c(N )c(CO )0.30.39K ===c(NO)0.416⨯，在30min 时改变了某一条件，在40min 时又达到了平衡状态，此时的22222c(N )c(CO )0.360.369K ===c(NO)0.4816⨯，平衡常数没变说明温度没有改变，因此F 项错误；再来分析其它选项，若通入一定量的2CO 会导致平衡逆向移动，虽然NO 和2CO 的浓度都在上升，但是2N 的浓度是在下降的，因此A 是错误的；活性炭是固体，加入一定量的活性炭不会影响平衡，E项错误；而催化剂不影响平衡，B项错误；因此答案为CD，适当缩小体积会让所有气体的浓度都增大，此时虽然平衡会移动导致某些气体减少，但是整体上来讲浓度还是增大的。