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1热点专攻16化学反应原理综合题1.(2019天津理综)多晶硅是制作光伏电池的关键材料。以下是由粗硅制备多晶硅的简易过程。回答下列问题:Ⅰ.硅粉与HCl在300℃时反应生成1molSiHCl3气体和H2,放出225kJ热量,该反应的热化学方程式为。SiHCl3的电子式为。Ⅱ.将SiCl4氢化为SiHCl3有三种方法,对应的反应依次为:①SiCl4(g)+H2(g)SiHCl3(g)+HCl(g)ΔH10②3SiCl4(g)+2H2(g)+Si(s)4SiHCl3(g)ΔH20③2SiCl4(g)+H2(g)+Si(s)+HCl(g)3SiHCl3(g)ΔH3(1)氢化过程中所需的高纯度H2可用惰性电极电解KOH溶液制备,写出产生H2的电极名称(填“阳极”或“阴极”),该电极反应方程式为。(2)已知体系自由能变ΔG=ΔH-TΔS,ΔG0时反应自发进行。三个氢化反应的ΔG与温度的关系如图1所示,可知:反应①能自发进行的最低温度是;相同温度下,反应②比反应①的ΔG小,主要原因是。(3)不同温度下反应②中SiCl4转化率如图2所示。下列叙述正确的是(填序号)。A.B点:v(正)v(逆)B.v(正):A点E点C.反应适宜温度:480~520℃2(4)反应③的ΔH3=(用ΔH1、ΔH2表示)。温度升高,反应③的平衡常数K(填“增大”“减小”或“不变”)。(5)由粗硅制备多晶硅过程中循环使用的物质除SiCl4、SiHCl3和Si外,还有(填分子式)。答案:Ⅰ.Si(s)+3HCl(g)SiHCl3(g)+H2(g)ΔH=-225kJ·mol-1············Ⅱ.(1)阴极2H2O+2e-H2↑+2OH-(2)1000℃ΔH2ΔH1导致反应②的ΔG小(3)AC(4)ΔH2-ΔH1减小(5)HCl、H2解析:Ⅰ.首先书写反应的化学方程式:Si+3HClSiHCl3+H2,然后加上状态和焓变得热化学方程式:Si(s)+3HCl(g)SiHCl3(g)+H2(g)ΔH=-225kJ·mol-1;SiHCl3的电子式为············。Ⅱ.(1)用惰性电极电解KOH溶液,阴极是“放氢生碱”,电极反应为2H2O+2e-H2↑+2OH-。(2)要使反应①能自发进行,则体系自由能变ΔG0,由图1可知反应①能自发进行的最低温度为1000℃;反应②放热,ΔH2ΔH1导致反应②的ΔG比反应①小。(3)AD是反应②达平衡的过程,D点是平衡点;DE是平衡移动的过程。B点未达平衡v(正)v(逆),A项正确;E点温度高于A点,则v(正):A点E点,B项错误;由图2可知平衡转化率在CD时较高,对应温度为480~520℃,C项正确。(4)根据盖斯定律:反应②-反应①可得反应③,则ΔH3=ΔH2-ΔH1;由于ΔH3=ΔH2-ΔH10,则升高温度反应③平衡常数K将减小。(5)由粗硅制备多晶硅的流程图可知首先生成氢气,后面消耗氢气,氢气可循环使用;开始消耗HCl,SiCl4氢化变为SiHCl3同时又生成HCl,HCl可以循环使用,因此HCl和H2都可循环使用。2.乙烯工业是石油化工的核心,能合成很多的有机物,请回答下列问题:(1)在实验室中,常以乙醇为原料,在加热和浓硫酸催化下脱水生成乙烯。已知:①CH3CH2OH(l)CH3CH2OH(g)ΔH=+41.50kJ·mol-1,②H2O(g)H2O(l)ΔH=-44kJ·mol-1,③在101kPa和25℃下,把1mol气态的AB分子分离成气态的A和B原子要吸收的能量(kJ·mol-1),叫做键能,相关化学键的键能如下:化学键C—HC—CO—HCCC—O3键能E/(kJ·mol-1)415332462.8611433则实验室制备乙烯的热化学方程式为。(2)利用CO2人工合成乙烯已成为研究的热点,反应原理为2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g)ΔH。在两个容积均为1L的密闭容器中以投料比[]分别为2∶1和3∶1进行上述反应,CO2的平衡转化率随温度关系如图1所示:图1①该反应的ΔH(填“”“”或“=”)0。②曲线X对应的投料比为,判断理由是。③已知R点的投料比与P相同,则R、P两点对应的正反应速率:v(R)(填“”“”或“=”)v(P)。④P点时,反应的化学平衡常数K为(已知:0.56≈1.6×10-2)。(3)在一定温度下,在1L恒容密闭容器中充入一定量C2H4(g)和H2O(g),发生如下反应:C2H4(g)+H2O(g)CH3CH2OH(g)ΔH,测得C2H4(g)的转化率(α)与时间(t)的关系如图2所示。图2其中T1、T2表示温度,速率方程:v正=k正·c(C2H4)·c(H2O),v逆=k逆·c(CH3CH2OH)(k是速率常数,只与温度有关)。①N点:正逆(填“”“”或“=”)·,升高温度,k正增大的倍数(填“”“”或“=”)k逆增大的倍数。②温度为T1时,测定平衡体系中c(H2O)=0.25mol·L-1,则正逆=L·mol-1(结果保留2位小数)。答案:(1)CH3CH2OH(l)C2H4(g)+H2O(l)ΔH=+103.7kJ·mol-1(2)①②3∶1当CO2的量相同时,H2的量越大CO2的转化率越高(合理即可)③④62.5(3)①②16.004命题分析本题考查盖斯定律与热化学方程式的书写、化学平衡移动原理与图像分析、化学平衡相关计算,注意化学平衡移动原理与图像联合分析,找出相关点、线的数据和变化原因。解析:(1)①CH3CH2OH(l)CH3CH2OH(g)ΔH1=+41.50kJ·mol-1②H2O(g)H2O(l)ΔH2=-44kJ·mol-1③CH3CH2OH(g)C2H4(g)+H2O(g)ΔH3反应③的ΔH=E(反应物)-E(生成物)=5E(C—H)+E(C—C)+E(C—O)+E(O—H)-[4E(C—H)+E(CC)+2E(O—H)]=[5×415+332+433+462.8]kJ·mol-1-[4×415+611+2×462.8]kJ·mol-1=+106.2kJ·mol-1,根据盖斯定律:①+②+③,CH3CH2OH(l)C2H4(g)+H2O(l)ΔH=+41.50kJ·mol-1-44kJ·mol-1+106.2kJ·mol-1=+103.7kJ·mol-1,故实验室制备乙烯的热化学方程式为CH3CH2OH(l)C2H4(g)+H2O(l)ΔH=+103.7kJ·mol-1。(2)①温度升高CO2的平衡转化率降低,说明升温平衡逆向移动,逆反应为吸热反应,正反应为放热反应,ΔH0。②两个相同容器的恒容密闭容器中,当CO2的物质的量相同时,H2的物质的量越大,CO2的转化率越高,曲线X对应的投料比为3∶1。③从R点到P点在图中的相对位置可知,R点还没有达到平衡状态,反应正向进行,所以R、P两点对应的正反应速率为v(R)v(P)。④曲线Y对应的投料比。设起始时投入的CO2的物质的量为1mol。P点时,CO2的转化率为0.50。2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g)起始/mol1200转化/mol0.51.50.251平衡/mol0.50.50.251K=··=62.5。(3)①反应达到平衡时,v正=v逆,可得平衡常数K=正逆,N点正反应速率大于逆反应速率,则K正逆,根据“先拐先平数值大”可知,T2T1,且平衡时T2温度下,C2H4的转化率小于T1的转化率,故正反应为放热反应,升温平衡逆向移动,说明k逆增大倍数大于k正增大倍数。②温度为T1时,C2H4(g)的平衡转化率为80%,设C2H4的起始浓度为cmol·L-1,平衡时c(C2H4)=0.2cmol·L-1,c(CH3CH2OH)=0.80cmol·L-1,已知c(H2O)=0.25mol·L-1,则正逆L·mol-1=16.00L·mol-1。3.(2019全国Ⅱ)环戊二烯()是重要的有机化工原料,广泛用于农药、橡胶、塑料等生产。回答下列问题:5(1)已知:(g)(g)+H2(g)ΔH1=100.3kJ·mol-1①H2(g)+I2(g)2HI(g)ΔH2=-11.0kJ·mol-1②对于反应:(g)+I2(g)(g)+2HI(g)ΔH3=kJ·mol-1。③(2)某温度下,等物质的量的碘和环戊烯()在刚性容器内发生反应③,起始总压为105Pa,平衡时总压增加了20%,环戊烯的转化率为,该反应的平衡常数Kp=Pa。达到平衡后,欲增加环戊烯的平衡转化率,可采取的措施有(填标号)。A.通入惰性气体B.提高温度C.增加环戊烯浓度D.增加碘浓度(3)环戊二烯容易发生聚合生成二聚体,该反应为可逆反应。不同温度下,溶液中环戊二烯浓度与反应时间的关系如图所示,下列说法正确的是(填标号)。A.T1T2B.A点的反应速率小于C点的反应速率C.A点的正反应速率大于B点的逆反应速率D.B点时二聚体的浓度为0.45mol·L-1(4)环戊二烯可用于制备二茂铁[Fe(C5H5)2],结构简式为,后者广泛应用于航天、化工等领域中。二茂铁的电化学制备原理如下图所示,其中电解液为溶解有溴化钠(电解质)和环戊二烯的DMF溶液(DMF为惰性有机溶剂)。6该电解池的阳极为,总反应为。电解制备需要在无水条件下进行,原因为。答案:(1)89.3(2)40%3.56×104BD(3)CD(4)Fe电极Fe+2+H2↑[或Fe+2C5H6Fe(C5H5)2+H2↑]水会阻碍中间物Na的生成;水会电离生成OH-,进一步与Fe2+反应生成Fe(OH)2解析:(1)根据盖斯定律,将反应①和②叠加可得反应③,故ΔH3=ΔH1+ΔH2=100.3kJ·mol-1+(-11.0kJ·mol-1)=89.3kJ·mol-1。(2)温度、体积一定,压强与物质的量成正比,则起始状态碘和环戊烯的分压分别为5×104Pa,设环戊烯的转化率为x,根据反应:(g)+I2(g)(g)+2HI(g)起始/Pa5×1045×10400转化/Pa5×104x5×104x5×104x1×105x平衡/Pa5×104(1-x)5×104(1-x)5×104x1×105x根据平衡时总压增加了20%,则5×104(1-x)Pa+5×104(1-x)Pa+5×104xPa+1×105xPa=1.2×105Pa,解得x=0.4,即环戊烯的转化率为40%。平衡时各物质的分压为p(环戊烯)=3×104Pa,p(I2)=3×104Pa,p(环戊二烯)=2×104Pa,p(HI)=4×104Pa,则该反应的平衡常数Kp==3.56×104Pa。通入惰性气体,不会引起各物质的浓度的变化,反应速率不变,平衡不移动,环戊烯的平衡转化率不变,A项不符合题意;由于该反应为吸热反应,故升高温度使平衡向右移动,环戊烯的平衡转化率增大,B项符合题意;增加一种物质的量,自身的转化率减少,而另一种反应物的转化率增大,增加环戊烯浓度,环戊烯的平衡转化率减小,增加碘浓度,环戊烯的平衡转化率增大,C项不符合题意,D项符合题意。(3)根据曲线的变化趋势可知,T2温度下首先达到平衡,反应速率大,因此T2大于T1,A项错误;A点、C点对应的反应物的浓度、温度都不同,无法比较A、C两点的反应速率的大小,B项错误;A点的正反应速率大于B点的正反应速率,而B点还没有达到平衡,因此B点的正反应速率大于其逆反应速率,则A点的正反应速率大于B点的逆反应速率,C项正确;根据曲线可知,环戊二烯的初始浓度为1.5mol·L-1,B点环戊二烯的浓度为0.6mol·L-1,环戊二烯的浓度变化量为0.9mol·L-1,因此B点二聚体的浓度为0.45mol·L-1,D项正确。(4)根据Fe的化合价升高为+2价可知,Fe发生氧化反应,故Fe作阳极;根据二茂铁的分子式可知,两个环戊二烯去掉2个H原子,再结合所给信息,可得总反应方程式为Fe+2+H2↑[Fe+2C5H6Fe(C5H5)2+H2↑]。有水存在的条件下,Na+不能得到电子生成Na,而是H2O得电子生成H2