专题09 化学反应原理综合高考化学5最新全国卷模拟题汇编解析版.docx

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专题09化学反应原理综合高考化学5最新全国卷模拟题汇编解析版

专题09化学反应原理综合

1．（重庆市高2020届高三质量调研）铁及铁的氧化物广泛应于生产、生活、航天、科研领域。

（1）铁氧化合物循环分解水制H2

已知：

H2O（l）===H2（g）＋

O2（g）　ΔH1＝＋285.5kJ/mol

6FeO（s）＋O2（g）===2Fe3O4（s）　ΔH2＝－313.2kJ/mol

则：

3FeO（s）＋H2O（l）===H2（g）＋Fe3O4（s）　ΔH3＝___________

（2）Fe2O3与CH4反应可制备“纳米级”金属铁，其反应为：

3CH4（g）＋Fe2O3（s）

2Fe（s）＋6H2（g）＋3CO（g）ΔH4

①此反应的化学平衡常数表达式为_________________________________。

②在容积均为VL的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个相同密闭容器中加入足量“纳米级”金属铁，然后分别充入a molCO和2amol H2，三个容器的反应温度分别保持T1、T2、T3，在其他条件相同的情况下，实验测得反应均进行到t min时CO的体积分数如图1所示，此时I、II、III三个容器中一定处于化学平衡状态的是___________（选填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”）；制备“纳米级”金属铁的反应：

ΔH4_____0（填“＞”或“＜”）。

③在T℃下，向某恒容密闭容器中加入3molCH4（g）和2molFe2O3（s）进行上述反应，反应起始时压强为P0，反应进行至10min时达到平衡状态，测得此时容器的气体压强是起始压强的2倍。

10min内用Fe2O3（s）表示的平均反应速率为_______g·min－1；T℃下该反应的Kp=_____________________；T℃下若起始时向该容器中加入2molCH4（g）、4molFe2O3（s）、1molFe（s）、2molH2（g）、2molCO（g），则起始时v（正）______v（逆）（填“＞”、“＜”或“＝”）。

（3）纳米铁粉与水中NO3－反应的离子方程式为4Fe+NO3－+10H+=4Fe2++NH4++3H2O

①研究发现，若pH偏低将会导致NO3－的去除率下降，其原因是_________________。

②相同条件下，纳米铁粉去除不同水样中NO3－的速率有较大差异，图2中所产生的差异的可能原因是________________________________________________（答一条）。

【答案】＋128.9kJ/mol

Ⅲ＞8P06＞纳米铁粉与H＋反应生成H2Cu或Cu2+催化纳米铁粉去除NO3－的反应（或形成的Fe－Cu原电池增大纳米铁粉去除NO3－的反应速率）

【解析】

（1）已知：

①H2O（l）=H2（g）＋

O2（g）　ΔH1＝＋285.5kJ/mol；②6FeO（s）＋O2（g）=2Fe3O4（s）　ΔH2＝－313.2kJ/mol；③3FeO（s）＋H2O（l）=H2（g）＋Fe3O4（s）　ΔH3；由盖斯定律可得：

③=①+

×②，则ΔH3=ΔH1+

×ΔH2=＋285.5kJ/mol+

×（－313.2kJ/mol）=＋128.9kJ/mol；

（2）①3CH4（g）＋Fe2O3（s）⇌2Fe（s）＋6H2（g）＋3CO（g）的化学平衡常数表达式为

；

②在容积均为VL的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个相同密闭容器中加入足量“纳米级”金属铁，然后分别充入amolCO和2amolH2，发生反应2Fe（s）＋6H2（g）＋3CO（g）⇌3CH4（g）＋Fe2O3（s），根据图1中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ图象，CO百分含量由小到大依次为：

Ⅱ＜Ⅰ＜Ⅲ，T1中的状态转变成T2中的状态，CO百分含量减小，说明平衡正向移动，说明T1未达平衡状态，T2中的状态转变成T3中的平衡状态，CO百分含量增大，说明平衡逆向移动，说明T2可能达平衡状态，一定达到化学平衡状态的是Ⅲ；2Fe（s）＋6H2（g）＋3CO（g）⇌3CH4（g）＋Fe2O3（s），该反应正反应为放热反应，则上述反应3CH4（g）＋Fe2O3（s）⇌2Fe（s）＋6H2（g）＋3CO（g）的ΔH4大于0；

③在T℃下，向某恒容密闭容器中加入3molCH4（g）和2molFe2O3（s）进行上述反应，反应起始时压强为P0，反应进行至10min时达到平衡状态，测得此时容器的气体压强是起始压强的2倍，设消耗甲烷的物质的量为xmol，则：

压强之比为气体物质的量之比，则平衡时气体物质的量为6mol，列式为3−x+2x+x＝6，解得x＝1.5mol，10min内用Fe2O3（s）表示的平均反应速率为

=8g/min，T℃下该反应的Kp=

=

=

=P06；假设容器的体积为1L，则在T℃下，平衡时有1.5molCH4（g），3molH2（g），1.5molCO（g），该反应的平衡常数K=

=

=36；若起始时向该容器中加入2molCH4（g）、4molFe2O3（s）、1molFe（s）、2molH2（g）、2molCO（g），QC=

=

=26v（逆）；

（3）①pH偏低，氢离子浓度偏大，则铁可与氢离子反应生成氢气，可导致NO3-的去除率下降；

②由图2可知铜离子浓度越大，去除率越大，铜离子可起到催化作用，也可能形成原电池反应。

2．（安徽省芜湖市示范高中2020届高三5月联考合成氨技术的创立开辟了人工固氮的重要途径，解决了亿万人口生存问题。

回答下列问题：

（1）科学家研究利用铁触媒催化合成氨的反应历程如图所示，其中吸附在催化剂表面的物种用“ad”表示。

由图可知合成氨反应N2（g）+3H2（g）

2NH3（g）的∆H=___kJ∙mol-1。

该历程中速率最快的一步的活化能（E）为__kJ∙mol-1。

（2）工业合成氨反应为：

N2（g）+3H2（g）

2NH3（g），当进料体积比V（N2）∶V（H2）=1∶3时，平衡气体中NH3的物质的量分数随温度和压强变化的关系如图所示：

①500℃时，反应的平衡常数Kp（100MPa）__Kp（30MPa）。

（填“＜”、“＝”、“＞”）

②500℃、30MPa时，氢气的平衡转化率为__（保留3位有效数字），Kp=__（MPa）-2（列出计算式）。

[Kp为平衡分压代替平衡浓度计算求得的平衡常数（分压=总压×物质的量分数）]

（3）科学家利用电解法在常温常压下合成氨，工作时阴极区的微观示意图如图，其中电解液为溶解有三氟甲磺酸锂和乙醇的惰性有机溶剂。

①阴极区生成NH3的电极反应式为___。

②下列说法正确的是__（填标号）。

A．该装置用金（Au）作催化剂，目的是降低N2的键能

B．三氟甲磺酸锂的作用是增强导电性

C．选择性透过膜可允许N2和NH3通过，防止H2O进入装置

【答案】-9217=33.3%

N2+6e-+6C2H5OH=2NH3+6C2H5O-BC

【解析】

（1）由图可知，合成氨反应N2（g）+3H2（g）

2NH3（g）的∆H=生成物总能量-反应物总能量=

kJ∙mol-1。

该历程中速率最快的反应，即吸热最少的反应，活化能（E）为17kJ∙mol-1。

（2）①由平衡常数定义可知，500℃时，温度恒定，相同可逆反应，反应的平衡常数不变，Kp（100MPa）＝Kp（30MPa）。

②500℃、30MPa时，氨气的物质的量分数为20%，在恒温恒压时，物质的量之比与体积之比相同，即进料体积比V（N2）∶V（H2）=1∶3，可假设N2加入了1mol，H2加入了3mol，平衡转化了xmol氮气：

N2（g）+3H2（g）

2NH3（g）

反应前130

变化量x3x2x

平衡时1-x3-3x2x

氨气的物质的量分数=

=20%。

即x=

mol，氢气的平衡转化率为=33.3%；平衡时，氮气和氨气的物质的量一致，即物质的量分数均为20%，氢气为60%，Kp=

=

（MPa）-2。

（3）①根据电解池原理，氮气与乙醇得电子生成氨气，阴极区生成NH3的电极反应式为N2+6e-+6C2H5OH=2NH3+6C2H5O-。

②该装置用金（Au）作催化剂，目的是降低反应活化能，不能降低N2的键能，A错误；从阴极反应看，三氟甲磺酸锂并未参加反应，作用是增强导电性，B正确；从图中可知，选择性透过膜可允许N2和NH3通过，防止H2O进入装置，C正确；答案为BC。

3．（安徽省皖江名校联盟2020届高三第六次联考）近年全球气候变暖，造成北极冰川大面积融化，其罪魁之一就是CO2，如何吸收大气中的CO2，变废为宝，是当今化学研究的主题之一。

I.二甲醚可用作溶剂、冷冻剂喷雾剂等，科学家提出利用CO2和H2合成二甲醚，反应原理为2CO2（g）+6H2（g）

CH3OCH3（g）+3H2O（g）∆H

（1）已知：

①H2O（g）+CO（g）

CO2（g）+H2（g）△H1=+42kJ/mol

②CH3OCH3（g）+H2O（g）

2CH3OH（g）∆H2=+24.52kJ/mol

③CH3OH（g）

CO（g）+2H2（g）∆H3=+90.73kJ/mol

则∆H=__kJ/mol。

（2）一定温度下，在一个2L的密闭容器中充入2molCO2和6molH2发生上述反应，经过5min反应达到平衡，此时容器中压强与起始压强之比为3：

4，则用CH3OCH3表示的平均反应速率为__，H2的转化率为___；此时若向体系中再加入2molCO2和1.5molH2O（g），平衡__移动（填正向、逆向、不）。

（3）对于恒温恒容条件下进行的反应①，下列说法能说明反应已达平衡的是__。

A．混合气体密度不发生改变

B．混合气体的平均相对分子质量不再发生改变

C．v（CO）正=v（H2）逆

D．n（CO）与n（H2）的比值不变

（4）一定温度下，密闭容器中进行的反应③，测得平衡时混合物中某物质的体积分数在不同压强下随温度的变化如图所示，则纵坐标表示的物质是__，压强P1_P2（填>、<）。

II.工业锅炉长期煮烧会形成锅垢（主要成分CaSO4、Mg（OH）2），必须定期除去。

（5）CaSO4微溶于水和酸，可加入氢氧化钠并通入CO2使转化为CaCO3，然后加酸浸泡除去，反应的离子方程式为CaSO4+CO32-=CaCO3+SO42-，室温下，该反应的化学平衡常数为__（室温下，Ksp（CaCO3）=3×10-9，Ksp（CaSO4）=9×10-6）。

【答案】－289.980.05mol·L－1·min－150%正向CDCH3OH>3×103

【解析】

（1）根据盖斯定律，方程式2CO2（g）+6H2（g）

CH3OCH3（g）+3H2O（g），可用－①×2－②－③×2得到，则△H=－△H1×2－△H2－△H3×2=－（＋42）×2－（＋24.52）－（＋90.73）×2kJ·mol－1=－289.98kJ·mol－1；

（2）根据物质的量比等于压强比，平衡时容器中压强与起始压强之比为3:

4，可得平衡时混合气体的物质的量为6mol，设达到平衡时，生成CH3OCH3的物质的量为xmol，有：

2CO2（g）+6H2（g）

CH3OCH3（g）+3H2O（g）

可得2－2x+6－6x＋x＋3x=6mol，求解x=0.5mol，可得平衡时CO2、H2、CH3OCH3、H2O的物质的量分别为1mol、3mol、0.5mol、1.5mol；

用CH3OCH3表示的平均反应速率

；

H2的转化率为

；

平衡常数

，若向体系中再加入2molCO2和1.5.molH2O（g），此时CO2、H2、CH3OCH3、H2O的物质的量分别为3mol、3mol、0.5mol、3mol，则浓度商

，可知Qc

（3）恒容条件下的气体间反应，根据

，根据质量守恒，混合气体的质量不变，恒容，体积不变，则混合气体密度永远不发生改变，不能说明反应达到平衡，A错误；反应①前后气体分子数不变的反应，根据

，根据质量守恒，混合气体的质量不变，混合气体的物质的量不变，则混合气体的平均相对分子质量永远不会发生改变，不能说明反应达到平衡，B错误；正逆反应速率相等，反应达到平衡，C正确；随着反应的进行，n（CO）与n（H2）的比值时刻在变化，现在不变，说明达到平衡，D正确；答案选CD；

（4）根据图示，温度升高，该物质的体积分数减小。

反应③的△H>0，升高温度，平衡正向移动，CH3OH的体积分数减小；则纵坐标表示的物质为CH3OH；

增大压强，平衡向气体体积减小的方向移动，即平衡逆向移动，CH3OH的体积分数增大，所以P1>P2；

（5）根据CaSO4（s）+CO32-（aq）

CaCO3（s）+SO42-（aq），平衡常数

。

4．（安徽省马鞍山市2020届高考第二次模拟）丁烯是一种重要的化工原料，可由丁烷催化脱氢制备。

回答下列问题：

（1）正丁烷（C4H10）脱氢制1-丁烯（C4H8）的热化学方程式如下：

①C4H10（g）=C4H8（g）+H2（g）ΔH1

已知：

②C4H10（g）+

O2（g）=C4H8（g）+H2O（g）ΔH2=-119kJ·mol-1

③H2（g）+

O2（g）=H2O（g）ΔH3=-242kJ·mol-1

反应①的ΔH1为________kJ·mol-1。

图（a）是反应①平衡转化率与反应温度及压强的关系图，x_____________0.1（填“大于”或“小于”）；欲使丁烯的平衡产率提高，应采取的措施是__________（填标号）。

A．升高温度B．降低温度C．增大压强D．降低压强

（2）丁烷和氢气的混合气体以一定流速通过填充有催化剂的反应器（氢气的作用是活化催化剂），出口气中含有丁烯、丁烷、氢气等。

图（b）为丁烯产率与进料气中n（氢气）/n（丁烷）的关系。

图中曲线呈现先升高后降低的变化趋势，其降低的原因是___________。

（3）图（c）为反应产率和反应温度的关系曲线，副产物主要是高温裂解生成的短碳链烃类化合物。

丁烯产率在590 ℃之前随温度升高而增大的原因可能是___________、____________；590℃之后，丁烯产率快速降低的主要原因可能是_____________。

【答案】+123kJ·mol－1

【解析】

（1）根据盖斯定律，用②式-③式可得①式，因此△H1=△H2-△H3=-119kJ/mol+242kJ/mol=+123kJ/mol。

由a图可以看出，温度相同时，由0.1MPa变化到xMPa，丁烷的转化率增大，即平衡正向移动，根据反应前后气体系数之和，反应前气体系数小于反应后气体系数之和，因此减小压强，平衡向正反应方向移动，即x<0.1。

提高丁烯的产率，要求平衡向正反应方向移动，A、因为反应①是吸热反应，升高温度，平衡向正反应方向移动，即丁烯转化率增大，故A正确；B、降低温度，平衡向逆反应方向移动，丁烯的转化率降低，故B错误；C、反应前气体系数之和小于反应后气体系数之和，增大压强，平衡向逆反应方向移动，丁烯的转化率降低，故C错误；D、根据C选项分析，降低压强，平衡向正反应方向移动，丁烯转化率提高，故D正确；

（2）因为通入丁烷和氢气，发生①，氢气是生成物，随着n（H2）/n（C4H10）增大，相当于增大氢气的量，反应向逆反应方向进行，逆反应速率增加；（3）根据图（c），590℃之前，温度升高时反应速率加快，生成的丁烯会更多，同时由于反应①是吸热反应，升高温度平衡正向移动，平衡体系中会含有更多的丁烯。

而温度超过590℃时，由于丁烷高温会裂解生成短链烃类，所以参加反应①的丁烷也就相应减少。

5．（安徽省合肥市第一中学2020年高三质监）丁烯是一种重要的化工原料，可由丁烷催化脱氢制备。

回答下列问题：

（1）正丁烷（C4H10）脱氢制1-丁烯（C4H8）的热化学方程式如下：

①C4H10（g）=C4H8（g）+H2（g）ΔH1

已知：

②C4H10（g）+

O2（g）=C4H8（g）+H2O（g）ΔH2=-119kJ·mol-1

③H2（g）+

O2（g）=H2O（g）ΔH3=-242kJ·mol-1

反应①的ΔH1为________kJ·mol-1。

图（a）是反应①平衡转化率与反应温度及压强的关系图，x_____________0.1（填“大于”或“小于”）；欲使丁烯的平衡产率提高，应采取的措施是__________（填标号）。

A．升高温度B．降低温度C．增大压强D．降低压强

（2）丁烷和氢气的混合气体以一定流速通过填充有催化剂的反应器（氢气的作用是活化催化剂），出口气中含有丁烯、丁烷、氢气等。

图（b）为丁烯产率与进料气中n（氢气）/n（丁烷）的关系。

图中曲线呈现先升高后降低的变化趋势，其降低的原因是___________。

（3）图（c）为反应产率和反应温度的关系曲线，副产物主要是高温裂解生成的短碳链烃类化合物。

丁烯产率在590 ℃之前随温度升高而增大的原因可能是___________、____________；590℃之后，丁烯产率快速降低的主要原因可能是_____________。

【答案】+123kJ·mol－1

【解析】

（1）根据盖斯定律，用②式-③式可得①式，因此△H1=△H2-△H3=-119kJ/mol+242kJ/mol=+123kJ/mol。

由a图可以看出，温度相同时，由0.1MPa变化到xMPa，丁烷的转化率增大，即平衡正向移动，根据反应前后气体系数之和，反应前气体系数小于反应后气体系数之和，因此减小压强，平衡向正反应方向移动，即x<0.1。

提高丁烯的产率，要求平衡向正反应方向移动，A、因为反应①是吸热反应，升高温度，平衡向正反应方向移动，即丁烯转化率增大，故A正确；B、降低温度，平衡向逆反应方向移动，丁烯的转化率降低，故B错误；C、反应前气体系数之和小于反应后气体系数之和，增大压强，平衡向逆反应方向移动，丁烯的转化率降低，故C错误；D、根据C选项分析，降低压强，平衡向正反应方向移动，丁烯转化率提高，故D正确；

（2）因为通入丁烷和氢气，发生①，氢气是生成物，随着n（H2）/n（C4H10）增大，相当于增大氢气的量，反应向逆反应方向进行，逆反应速率增加；（3）根据图（c），590℃之前，温度升高时反应速率加快，生成的丁烯会更多，同时由于反应①是吸热反应，升高温度平衡正向移动，平衡体系中会含有更多的丁烯。

而温度超过590℃时，由于丁烷高温会裂解生成短链烃类，所以参加反应①的丁烷也就相应减少。

6．（广东省2020届高三统考）现代工业的发展导致CO2的大量排放，对环境造成的影响日益严重，通过各国科技工作者的努力，已经开发出许多将CO2回收利用的技术，其中催化转化法最具应用价值。

回答下列问题：

（1）在催化转化法回收利用CO2的过程中，可能涉及以下化学反应：

①CO2（g）+2H2O（l）

CH3OH（l）+

O2（g）ΔH=+727kJ·mol-1ΔG=+818kJ·mol-1

②CO2（g）+3H2O（l）

CH4（g）+O2（g）ΔH=+890kJ·mol-1ΔG=+818kJ·mol-1

③CO2（g）+3H2（g）

CH3OH（l）+H2O（l）ΔH=-131kJ·mol-1ΔG=-9.35kJ·mol-1

④CO2（g）+4H2（g）

CH4（g）+2H2O（l）ΔH=-253kJ·mol-1ΔG=-130kJ·mol-1

从化学平衡的角度来看，上述化学反应中反应进行程度最小的是__，反应进行程度最大的是__。

（2）反应CO2+4H2

CH4+2H2O称为Sabatier反应，可用于载人航空航天工业。

我国化学工作者对该反应的催化剂及催化效率进行了深入的研究。

①在载人航天器中利用Sabatier反应实现回收CO2，再生O2，其反应过程如图所示，这种方法再生O2的最大缺点是需要不断补充__（填化学式）。

②在1.5MPa，气体流速为20mL·min-1时研究温度对催化剂催化性能的影响，得到CO2的转化率（%）如下：

催化剂

180℃

200℃

220℃

280℃

300℃

320℃

340℃

360℃

Co4N/Al2O3

8.0

20.3

37.3

74.8

84.4

85.3

86.8

90.1

Co/Al2O3

0.2

0.7

2.0

22.4

37.6

48.8

54.9

59.8

分析上表数据可知：

__（填化学式）的催化性能更好。

③调整气体流速，研究其对某催化剂催化效率的影响，得到CO2的转化率（%）如下：

气体流速/mL·min-1

180℃

200℃

220℃

280℃

300℃

320℃

340℃

360℃

10

11.0

25.1

49.5

90.2

93.6

97.2

98.0

98.0

30

4.9

11.2

28.9

68.7

72.7

79.8

82.1

84.2

40

0.2

5.2

15.3

61.2

66.2

71.2

76.6

79.0

50

0.2

5.0

10.0

50.0

59.5

61.2

64.1

69.1

分析上表数据可知：

相同温度时，随着气体流速增加，CO2的转化率__（填“增大”或“减小”），其可能的原因是__。

④在上述实验条件中，Sabatier反应最可能达到化学平衡状态的温度是__，在1L恒容密闭容器中发生该反应，已知初始反应气体中V（H2）：

V（CO2）=4：

1，估算该温度下的平衡常数为__（列出计算表达式）。

（3）通过改变催化剂可以改变CO2与H2反应催化转化的产物，如利用Co/C作为催化剂，反应后可以得到含有少量甲酸的甲醇。

为了研究催化剂的稳定性，将Co/C催化剂循环使用，相同条件下，随着循环使用次数的增加，甲醇的产量如图所示，试推测甲醇产量变化的原因__。

（已知Co的性质与Fe相似）

【答案】②④H2Co4N/Al2O3减小气体流速加快，导致反应物与催化剂接触时间不够360℃

反应产生的甲酸腐蚀催化剂，使催化剂活性降低

【解析】

（1）自由能越小，反应越容易发生，反应的焓变不随温度变化而发生变化，反应的自由能与温度有关，上述反应的自由能所处温度相同，反应①②的自由能均大于0，且二者自由能相等，反应②在反应过程中吸收的能量较反应①多，因此反应②更难发生，反应进行程度最小；反应③④的自由能均小于0，反应④在反应过程中放出的能量较反应③多，因此反应④更易发生，反应进行程度最大；

（2）①该过程中发生反应：

CO2+4H2

CH4+2H2O、2H2O

2H2+O2，由反应方程式可知，需要不断补充H2；

②由表格数据可知，Co4N/Al2O3作催化剂时，CO2转化率较高，因此Co4N/Al2O3催化性能更好；

③由表格数据可知，在相同温度下，随着气体流速增加，CO2的转化率逐渐