【高考题型突破南方凤凰台】2016高考化学二轮复习配套第十三单元化学反应原理综合题型研究

微专题十三化学反应原理综合题型研究【知识网络】(本专题对应学生用书第7383页)【能力展示】能力展示1．(2011·新课标Ⅰ卷)科学家利用太阳能分解水生成的氢气在催化剂作用下与二氧化碳反应生成甲醇，并开发出直接以甲醇为燃料的燃料电池。已知H2(g)、CO(g)和CH3OH(l)的燃烧热ΔH分别为-285.8kJ·mol-1、-283.0kJ·mol-1和-726.5kJ·mol-1。请回答下列问题：(1)用太阳能分解10mol水消耗的能量是kJ。(2)甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式为。(3)在容积为2L的密闭容器中，由CO2和H2合成甲醇，在其他条件不变的情况下，考察温度对反应的影响，实验结果如下图所示(注：T1、T2均大于300℃)。下列说法正确的是(填序号)。①温度为T1时，从反应开始到平衡，生成甲醇的平均速率为v(CH3OH)=AAntmol·L-1·min-1②该反应在T1时的平衡常数比T2时的小③该反应为放热反应④处于A点的反应体系从T1变到T2，达到平衡时23(H)(CH)nnOH增大(4)在T1温度时，将1molCO2和3molH2充入一密闭恒容容器中，充分反应达到平衡后，若CO2的转化率为α，则平衡时容器内的压强与起始压强之比为。(5)在直接以甲醇为燃料的电池中，电解质溶液为酸性，负极的反应式为、正极的反应式为。理想状态下，该燃料电池消耗1mol甲醇所能产生的最大电能为702.1kJ，则该燃料电池的理论效率为(燃料电池的理论效率是指电池所产生的最大电能与燃料电池反应所能释放的全部能量之比)。〖答案〗(1)2858(2)CH3OH(l)+O2(g)CO(g)+2H2O(l)ΔH=-443.5kJ·mol-1(3)③④(4)1-α2(5)答案2CH3OH+2H2O-12e-2CO2↑+12H+3O2+12H++12e-6H2O96.6%〖解析〗(1)由题所给信息可知：H2(g)+12O2(g)H2O(l)ΔH=-285.8kJ·mol-1①CO(g)+12O2(g)CO2(g)ΔH=-283.0kJ·mol-1②CH3OH(l)+32O2(g)CO2(g)+2H2O(l)ΔH=-726.5kJ·mol-1③由方程①可知，H2O(l)H2(g)+12O2(g)ΔH=+285.8kJ·mol-1，故分解10mol水需要吸收2858kJ的能量。(2)③-②即可得到目标反应：CH3OH(l)+O2(g)CO(g)+2H2O(l)ΔH=-443.5kJ·mol-1。(3)CO2和H2合成甲醇的化学方程式为CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，由图像可知B点先达到平衡，因此温度T2T1，温度高平衡时甲醇的物质的量反而低，说明正反应是放热反应，升高温度平衡逆向移动，不利于甲醇的生成，平衡常数减小，即②错、③正确；温度为T1时，从反应开始到平衡，生成甲醇的物质的量为nAmol，此时甲醇的物质的量浓度为2Anmol·L-1，所以生成甲醇的平均速率为v(CH3OH)=2AAntmol·L-1·min-1，①错；因为温度T2T1，所以A点的反应体系从T1变到T2时，平衡会逆向移动，即n(CH3OH)减小而n(H2)增大，④正确。(4)CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)起始/mol：1300转化/mol：α3ααα平衡/mol：1-α3-3ααα所以平衡时压强与起始压强之比为(4-2α)∶4=(2-α)∶2。(5)在甲醇燃料电池中，甲醇失去电子，氧气得到电子，所以负极的电极反应式为2CH3OH-12e-+2H2O2CO2↑+12H+，正极的电极反应式为3O2+12e-+12H+6H2O；甲醇的燃烧热是-726.5kJ·mol-1，所以该燃料电池的理论效率为702.1726.5×100%=96.6%。2．(2012·新课标Ⅰ卷)Ⅰ.(26题节选)与MnO2-Zn电池类似，K2FeO4-Zn也可以组成碱性电池，K2FeO4在电池中作为正极材料，其电极反应式为，该电池总反应的离子方程式为。Ⅱ.(27题节选)光气(COCl2)在塑料、制革、制药等工业中有许多用途，工业上采用高温下将CO与Cl2在活性炭催化下合成。(1)工业上利用天然气(主要成分为CH4)与CO2进行高温重整制备CO，已知CH4、H2和CO的燃烧热(ΔH)分别为-890.3kJ·mol-1、-285.8kJ·mol-1和-283.0kJ·mol-1，则生成1m3(标准状况)CO所需热量为。(2)COCl2的分解反应为COCl2(g)Cl2(g)+CO(g)ΔH=+108kJ·mol-1。反应体系达到平衡后，各物质的浓度在不同条件下的变化如下图所示(第10min到14min的COCl2浓度变化曲线未示出)。①计算反应在第8min时的平衡常数K=。②比较第2min反应温度T(2)与第8min反应温度T(8)的高低：T(2)(填“”、“”或“=”)T(8)。③若12min时反应于温度T(8)下重新达到平衡，此时c(COCl2)=mol·L-1。④比较产物CO在2~3min、5~6min和12~13min时平均反应速率[平均反应速率分别以v(23)、v(56)、v(1213)表示]的大小：。⑤比较反应物COCl2在5~6min和15~16min时平均反应速率的大小：v(5~6)(填“”、“”或“=”)v(15~16)，原因是。〖答案〗Ⅰ.Fe2-4O+3e-+4H2OFe(OH)3↓+5OH-2Fe2-4O+8H2O+3Zn2Fe(OH)3+3Zn(OH)2+4OH-Ⅱ.(1)5.52×103kJ(2)①0.234②③0.031④v(5~6)v(2~3)=v(12-13)⑤在相同温度时，该反应的反应物浓度越高，反应速率越大〖解析〗Ⅰ.正极发生得电子的还原反应，碱性条件下，Fe2-4O变成Fe(OH)3，得到3个电子，根据电荷守恒，后面加5个OH-，依据H原子守恒，前面加4个H2O，即可得到正极的电极反应式为Fe2-4O+3e-+4H2OFe(OH)3↓+5OH-①；负极反应式为Zn-2e-+2OH-Zn(OH)2②，根据得失电子守恒，①×2+②×3即可得到电池总反应式。Ⅱ.(1)根据燃烧热概念可以写出：①CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l)ΔH=-890.3kJ·mol-1②H2(g)+12O2(g)H2O(l)ΔH=-285.8kJ·mol-1③CO(g)+12O2(g)CO2(g)ΔH=-283.0kJ·mol-1①-②×2-③×2，即可得到目标反应：CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)ΔH=+247.3kJ·mol-1，生成1m3CO所需热量为-11000L22.4Lmol×247.3kJ·mol-1×12≈5520kJ。(2)①c(Cl2)=0.11mol·L-1、c(CO)=0.085mol·L-1、c(COCl2)=0.04mol·L-1，代入K计算公式即可得到答案。②第4min时，Cl2与CO的浓度均增大，再结合此反应正向吸热，故第4min改变的条件一定是升高温度，故T(2)T(8)。③用平衡常数求解，此温度下K=0.234=20.060.12(COCl)c，可求得答案。④根据v(CO)=Δ(CO)1minc可知v(2~3)=v(12~13)=0。⑤由图像可知上面的两个曲线是生成物浓度变化曲线、下面的曲线是COCl2浓度变化曲线，v(COCl2)=2Δ(COCl)1minc，5~6min时的Δc(COCl2)大于15~16min时的，所以v(5~6)v(15~16)；应从影响反应速率的因素入手分析，由图像可知4~18min温度相同，只能从浓度角度分析。3．(2013·新课标Ⅰ卷)二甲醚(CH3OCH3)是无色气体，可作为一种新型能源。由合成气(组成为H2、CO和少量CO2)直接制备二甲醚，其中主要过程包括下列四个反应：甲醇合成反应：①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)ΔH1=-90.1kJ·mol-1②CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)ΔH2=-49.0kJ·mol-1水煤气变换反应：③CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)ΔH3=-41.1kJ·mol-1二甲醚合成反应：④2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)ΔH4=-24.5kJ·mol-1回答下列问题：(1)分析二甲醚合成反应④对CO转化率的影响：。(2)由H2和CO直接制备二甲醚(另一产物为水蒸气)的热化学方程式为。根据化学反应原理，分析增加压强对直接制备二甲醚的反应的影响：。(3)有研究者在催化剂(含Cu-Zn-Al-O和Al2O3)、压强在5.0MPa条件下，由H2和CO直接制备二甲醚，结果如下图所示。其中CO转化率随温度升高而降低的原因是。(4)二甲醚直接燃料电池具有启动快、效率高等优点，其能量密度高于甲醇直接燃料电池(5.93kW·h·kg-1)。若电解质为酸性，二甲醚直接燃料电池的负极反应为。一个二甲醚分子经过电化学氧化，可以产生个电子的电量，该电池理论输出电压为1.20V，能量密度E=(列式计算，能量密度=电池输出电能燃料质量，1kW·h=3.6×106J)。〖答案〗(1)消耗甲醇，促进甲醇合成反应①平衡向右移动，CO转化率增大；生成的水通过水煤气变换反应③消耗部分CO(2)2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(g)+H2OΔH=-204.7kJ·mol-1该反应分子数减少，压强增加使平衡右移，CO和H2转化率增大，CH3OCH3产率增加；压强增加，反应速率加快(3)反应放热，温度升高，平衡左移(4)CH3OCH3-12e-+3H2O2CO2↑+12H+12-1-11000g1.20V1296500Cmol46gmol1kg÷(3.6×106J·kW-1·h-1)=8.39kW·h·kg-1〖解析〗(1)消耗甲醇，促进甲醇合成反应①平衡向右移动，CO转化率增大；生成的水通过水煤气变换反应③消耗部分CO。(2)根据盖斯定律，①×2+④即可得到目标反应：2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)ΔH=-204.7kJ·mol-1。根据化学反应原理，增加压强对直接制备二甲醚的反应的影响应该从对反应速率和平衡的影响两方面答题：该反应是气体体积减小的反应，增大压强，平衡正向移动，CH3OCH3产率增加；压强增大，反应速率加快。(3)对转化率的影响应该从平衡移动角度答题：该反应的正反应是放热反应，温度升高，平衡逆向移动。(4)在酸性条件下，二甲醚直接燃料电池的负极反应是二甲醚失去电子，根据化合物化合价代数和为0的原则二甲醚中碳元素的化合价为-2价，CO2中碳元素的化合价为+4价，化合价升高了6，二甲醚分子中有两个碳原子，一个二甲醚分子失去12个电子；酸性电池，CH3OCH3失去12e-变成CO2，根据O守恒，酸性介质中H2O提供O，生成H+，配平即可。根据能量密度公式：E=-1-11000g1.20V1296500Cmol46gmol1kg÷(3.6×106J·kW-1·h-1)=8.39kW·h·kg-1。4．(2014·新课标Ⅰ卷)Ⅰ.(27题节选)(H3PO2)也可以通过电解的方法制备。工作原理如下图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)。(1)写出阳极的电极反应式：。(2)分析产品室可得到H3PO2的原因：。(3)早期采用“三室电渗析法”制备H3PO2，将“四室电渗析法”中阳极室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替，并撤去阳极室与产品室之间的阳膜，从而合并了阳极室与产品室，其缺点是产品中混有杂质，该杂质产生的原因是。Ⅱ.(28题节选)乙醇是重要的有机化工原料，可由乙烯气相直接水合法或乙烯间接水合法生产。(1)已知：甲醇脱水反应2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)ΔH1=-23.9kJ·mol-1①甲醇制烯烃反应2CH3OH(g)C2H4(g)+2H2O(g)ΔH2