备战高考化学2020高考题型对点练题型十三化学反应原理综合

题型十三化学反应原理综合1．(2019年山西怀仁高三一模)探索CO2与CH4的反应使其转化为CO和H2，对减缓燃料危机，减少温室效应具有重要意义。回答下列问题(1)已知：①CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)ΔH1＝＋206.1kJ·mol－1②2H2(g)＋CO(g)CH3OH(1)ΔH2＝－128.3kJ·mol－1③2H2(g)＋O2(g)2H2O(g)ΔH3＝－483.6kJ·mol－125℃时，在合适的催化剂作用下，采用甲烷和氧气一步合成液态甲醇的热化学方程式为___________________。(2)向某密闭恒容容器中通入物质的量浓度均为0.1mol·L－1的CH4与CO2，在一定条件下发生反应CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)，测得CH4的平衡转化率与温度、压强的关系如图所示。①工业生产时一般会选择在P4和1250℃条件下进行反应，请解释其原因___________________。②在压强为P4、1100℃的条件下，该反应在5min时达到平衡点X，则0－5min内，用CO表示该反应平均速率为___________；该温度下，反应的平衡常数为___________(保留3位有效数字)。(3)工业上用CO和H2制取甲醇反应方程式为2H2(g)＋CO(g)CH3OH(g)。对于该合成反应，若通入的CO的物质的量一定，如图为4种投料比[n(CO)︰n(H2)分别为5︰7、10︰17、5︰9、1︰2]时，反应温度对CO平衡转化率的影响曲线。①曲线b对应的投料比是___________。②当反应在曲线a、b、c对应的投料比下达到相同的平衡转化率时，对应的反应温度和投料比的关系是_________。③投料比为10︰17反应温度为T1时，平衡混合气体中CO的物质的量分数为___________。解析：(1)根据盖斯定律：2×①＋2×②＋③得2CH4(g)＋O2(g)2CH3OH(1)ΔH＝2ΔH1＋2ΔH2＋ΔH3＝2×206.1kJ·mol－1－2×128.3kJ·mol－1－483.6kJ·mol－1＝－328.0kJ·mol－1。(2)①根据图表所示及工业生产需要分析知较大的压强和较高的温度都能加快反应速率，提高生产效率。②起始时甲烷的浓度为0.1mol·L－1，转化率为80%，则甲烷浓度变化为0.1mol·L－1×80%＝0.08mol·L－1，v(CO)＝2×v(CH4)＝2×0.08mol/L5min＝0.032mol·L－1·min－1；CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)起始0.10.100转化0.080.080.160.16平衡0.020.020.160.16K＝c2（CO）·c2（H2）c（CH4）·c（CO2）＝0.162×0.1620.02×0.02＝1.64。(3)①由方程式知，投料比n(CO)︰n(H2)越小，CO转化率越高，所以b曲线的投料比是排第二小的是5∶9；②根据图像趋势知投料比越大，反应温度越低；③投料比为10∶17对应曲线c，反应温度为T1时，平衡时CO转化率为75%，则2H2(g)＋CO(g)CH3OH(g)起始17100转化157.57.5平衡22.57.5混合气体中CO的物质的量分数为2.52＋7.5＋7.5＝20.8%。答案：(1)2CH4(g)＋O2(g)2CH3OH(l)ΔH＝－328.0kJ·mol－1(答案合理即可)(2)较大的压强和较高的温度都能加快反应速率，提高生产效率0．032mol·L－1·min－11.64(3)5∶9投料比越大，反应温度越低20.8%2．(2019年河北省衡水市武邑中学高三上期末)以高纯H2为燃料的质子交换膜燃料电池具有能量效率高、无污染等优点，但燃料中若混有CO将显著缩短电池寿命。(1)以甲醇为原料制取高纯H2是重要研究方向。甲醇水蒸气重整制氢主要发生以下两个反应：主反应：CH3OH(g)＋H2O(g)CO2(g)＋3H2(g)ΔH＝＋49kJ/mol副反应：H2(g)＋CO2(g)CO(g)＋H2O(g)ΔH＝＋41kJ/mol①甲醇蒸气在催化剂作用下裂解可得到H2和CO，则该反应的热化学方程式为__________________________，既能加快反应速率又能提高CH3OH平衡转化率的一种措施__________。②分析适当增大水醇比n（H2O）n（CO3OH）对甲醇水蒸气重整制氢的好处是_______________。③某温度下，将n(H2O)∶n(CH3OH)＝1∶1的原料气充入恒容密闭容器中，初始压强为p1，反应达平衡时总压强为p2，则平衡时甲醇的转化率为____________(用含有p1，p2的式子表示)(忽略副反应)。(2)工业上用CH4与水蒸气在一定条件下制取H2，原理为：CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)ΔH＝＋203kJ/mol①该反应逆反应速率表达式为：v逆＝k·c(CO)·c3(H2)，k为速率常数，在某温度下测得实验数据如表：CO浓度(kJ/mol)H2浓度(kJ/mol)逆反应速率(mol/(L·min)0.05c14.8c2c119.2c20.158.1由上述数据可得该温度下，该反应的逆反应速率常数k为_________L3·mol－3·min－1。②在体积为3L的密闭容器中通入物质的量均为3mol的CH4和水蒸气，在一定条件下发生上述反应，测得平衡时H2的体积分数与温度及压强的关系如图所示：则压强p1______p2(填“大于”或“小于”)；N点v正_____M点v逆(填“大于”或“小于”)；求Q点对应温度下该反应的平衡常数K＝________。平衡后再向容器中加入1molCH4和1molCO，平衡________移动(填“正反应方向”或“逆反应方向”或“不”)。解析：(1)①已知：①CH3OH(g)＋H2O(g)CO2(g)＋3H2(g)ΔH＝＋49kJ/mol，②H2(g)＋CO2(g)CO(g)＋H2O(g)ΔH＝＋41kJ/mol，根据盖斯定律，反应可由①＋②整理可得，CH3OH(g)CO(g)＋2H2(g)ΔH＝ΔH1＋ΔH2＝＋90kJ/mol；该反应为吸热反应，升高温度既能加快化学反应速率同时可以促使反应正向进行，提高CH3OH平衡转化率，而增大压强能加快化学反应速率，但对正反应不利，所以既能加快反应速率又能提高CH3OH平衡转化率的一种措施是升高温度；②适当增大水醇比[n(H2O)∶n(CH3OH)]，可视为增大H2O的量，能使CH3OH转化率增大，生成更多的H2，抑制转化为CO的反应的进行，所以适当增大水醇比[n(H2O)∶n(CH3OH)]对甲醇水蒸气重整制氢的好处为：提高甲醇的利用率，有利于抑制CO的生成；③主反应为：CH3OH(g)＋H2O(g)CO2(g)＋3H2(g)，n(H2O)∶n(CH3OH)＝1∶1的原料气充入恒容密闭容器中，初始压强为p1，反应达到平衡时总压强为p2，CH3OH(g)＋H2O(g)CO2(g)＋3H2(g)初始压强0.5p10.5p1转化压强ppp3p平衡压强0.5p1－p0.5p1－pp3p所以可得p2＝(0.5p1－p)＋(0.5p1－p)＋p＋3p＝p1＋2p，故p＝p2－p12，则平衡时甲醇的转化率为α＝p0.5p1×100%＝p2－p120.5p1×100%＝p2p1－1×100%。(2)①根据v逆＝k·c(CO)·c3(H2)，由表中数据，c13＝4.80.05k＝96kmol3/L3，则c2＝19.2kc13molL＝0.2mol/L，所以k＝8.10.2×0.153L3·mol－3·min－1＝1.2×104L3·mol－3·min－1；②反应为气体分子数增多的反应，随着反应的进行，体系压强增大，增大压强不利于反应正向进行，所以压强p1大于p2；M、N都处于平衡状态，该点的正反应速率等于逆反应速率。由于温度：MN，压强：MN，升高温度或增大压强都会使化学反应速率加快，因此N点v正M点v逆；N点对应温度下H2的平衡体积分数为60%，则有CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)起始(mol)3300转化(mol)xxx3x平衡(mol)3－x3－xx3x所以可得3x3－x＋3－x＋x＋3x＝60%，解得x＝2，所以平衡时c(CH4)＝（3－2）mol3L＝13mol/L，c(H2O)＝13mol/L，c(CO)＝23mol/L，c(H2)＝2mol/L，则化学平衡常数为K＝c（CO）·c3（H2）c（CH4）·c（H2O）＝23×2313×13＝48mol2/L2；若平衡后再向容器中加入1molCH4和1molCO，则c(CH4)＝23mol/L，c(CO)＝1mol/L，Qc＝c（CO）·c3（H2）c（CH4）·c（H2O）＝1×2323×13K，所以化学平衡正向移动直至达到化学平衡。答案：(1)①CH3OH(g)CO(g)＋2H2(g)ΔH＝＋90kJ/mol升温②提高甲醇的利用率、有利于抑制CO的生成或抑制副反应发生③p2p1－1×100%(2)①1.2×104②大于小于48(mol/L)2正反应方向3．(2019年江西名校高三联考)乙醇是重要的化工原料，也是清洁的能源。Ⅰ.工业上，在一定条件下用乙烯水化法制备乙醇。已知热化学方程式如下：①CH2＝CH2(g)＋H2O(g)CH3CH2OH(g)ΔH1②2CH2＝CH2(g)＋H2O(g)CH3CH2OCH2CH3(g)ΔH2③2CH3CH2OH(g)CH3CH2OCH2CH3(g)＋H2O(g)ΔH3(1)几种化学键的键能如下：化学键H—CC===CH—OC—OC—C键能kJ·mol－1413615463351348根据键能计算ΔH1＝________________kJ·mol－1。(2)在恒容密闭容器中发生反应②，下列能说明该反应达到平衡的是_________。a．容器中总压强保持不变b．H2O(g)的消耗速率与CH3CH2OCH2CH3(g)生成速率相等c．气体平均摩尔质量保持不变d．容器中气体密度保持不变(3)在密闭容器中投入CH2===CH2(g)、H2O(g)和催化剂发生反应①，乙烯的平衡转化率与温度、压强的关系如图所示。①x代表________________。(选填“温度”或“压强”)②L1和L2哪个大？并请说出理由：________________________。Ⅱ.如图所示，甲、乙之间的隔板K和活塞F都可左右移动，甲中充入2molA和1molB，乙中充入2molC和1molHe，此时K停在0处。在一定条件下发生可逆反应：2A(g)＋B(g)2C(g)；反应达到平衡后，再恢复至原温度。回答下列问题：(4)达到平衡时，隔板K最终停留在0刻度左侧某一处，记为a处，则a的取值范围是__________。(5)若达到平衡时，隔板K最终停留在左侧刻度1处，此时甲容积为2L，则该反应化学平衡常数为___________。(6)若一开始就将K、F如上图固定，其他条件均不变，则达到平衡时：测得甲中A的转化率为b，则乙中C的转化率为____________。解析：Ⅰ.(1)CH2＝CH2(g)＋H2O(g)CH3CH2OH(g)的焓变ΔH1＝反应物总键能之和－生成物总键能之和，结合图表提供的化学键的键能，则ΔH1＝615kJ/mol＋4×413kJ/mol＋2×463kJ/mol－(5×413kJ/mol＋348kJ/mol＋351kJ/mol＋463kJ/mol)＝3193kJ·mol－1－3227kJ·mol－1＝－34kJ·mol－1。(2)a.2CH2===CH2(g)＋H2O(g)CH3CH2OCH2CH3(g)，正反应气体物质的量减小，随反应进行混合气体总物质的量减少，恒容容器中，容器内总压强减小，容器内总压强保持不变，说明到达平衡状态；b.H2O(g)的消耗速率与CH3CH2OCH2CH3(g)生成速率都属于正反应速率，正反应速率之比等