
?回歸教材重難點09 化學(xué)反應(yīng)原理綜合
高考五星高頻考點,2021年全國甲卷第28題、2021年全國乙卷第28題、2020年全國I卷第28題、2020年全國II卷第28題、2020年全國第III卷第28題、2019年全國I卷第28題、2019年全國II卷第28題、2019年全國第III卷第28題。
《化學(xué)反應(yīng)原理》是中學(xué)化學(xué)基本理論之一,其試題常常將化學(xué)反應(yīng)與能量、化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡、水溶液中的離子平衡等知識融合在一起,多以圖像或圖表的形式呈現(xiàn)。題目圍繞一個主題,由多個小題組成,各小題的考查有一定的獨立性,分別考查不同的知識點,覆蓋面較廣,靈活性較強。考查角度主要有熱化學(xué)方程式和電極反應(yīng)式的書寫;離子濃度的大小比較;Ksp的計算與應(yīng)用;反應(yīng)速率、平衡常數(shù)及轉(zhuǎn)化率的計算;電化學(xué)裝置的原理分析及平衡曲線的識別與繪制等。試題篇幅較長,情境、取材較新,同時聯(lián)系生產(chǎn)、生活實際進行考查,有一定的難度,側(cè)重考查考生的閱讀能力、獲取有效信息能力、知識運用能力、識圖識表能力和分析歸納能力,同時考查考生科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任的核心素養(yǎng)。
1.掌握利用蓋斯定律計算反應(yīng)熱的步驟和方法
(1)計算步驟
(2)計算方法
2.正確理解化學(xué)反應(yīng)速率的影響因素
(1)“惰性氣體”對反應(yīng)速率的影響
①恒溫恒容:充入“惰性氣體”總壓增大―→參與反應(yīng)的物質(zhì)濃度不變(活化分子濃度不變)―→反應(yīng)速率不變。
②恒溫恒壓:充入“惰性氣體”體積增大參與反應(yīng)的物質(zhì)濃度減小(活化分子濃度減小)反應(yīng)速率減小。
(2)純液體、固體對化學(xué)反應(yīng)速率的影響
在化學(xué)反應(yīng)中,純液體和固態(tài)物質(zhì)的濃度為常數(shù),故不能用固態(tài)物質(zhì)的濃度變化來表示反應(yīng)速率,但是固態(tài)反應(yīng)物顆粒的大小是影響反應(yīng)速率的條件之一,如煤粉由于表面積大,燃燒時比煤塊快得多。
(3)外界條件對可逆反應(yīng)的正、逆反應(yīng)速率的影響
方向是一致的,但影響程度不一定相同
條件改變
影響
增大反應(yīng)物濃度
v正瞬間增大,v逆瞬間不變,隨后也增大
增大壓強
v正和v逆都增大,氣體分子數(shù)減小方向的反應(yīng)速率增大的程度大
對無氣體參加或生成的化學(xué)反應(yīng)的速率無影響
反應(yīng)前后氣體分子數(shù)不變的反應(yīng),正、逆反應(yīng)速率同等程度地增大
升高溫度
v正和v逆都增大,但吸熱反應(yīng)方向的反應(yīng)速率增大的程度大
使用催化劑
能同等程度地改變正、逆反應(yīng)速率
3.突破化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷
(1)注意“三關(guān)注”:一要關(guān)注反應(yīng)條件,是恒溫恒容、恒溫恒壓還是絕熱恒容、絕熱恒壓;二要關(guān)注反應(yīng)特點,是等體積反應(yīng),還是非等體積反應(yīng);三要關(guān)注特殊情況,是否有固體參加或生成,或固體的分解反應(yīng)。
(2)
(3)從現(xiàn)象上判斷
4.影響化學(xué)平衡的因素
改變的條件(其他條件不變)
化學(xué)平衡移動的方向
濃度
增大反應(yīng)物濃度或減小生成物濃度
向正反應(yīng)方向移動
減小反應(yīng)物濃度或增大生成物濃度
向逆反應(yīng)方向移動
壓強(對有氣體參加的反應(yīng))
反應(yīng)前后氣體體積改變
增大壓強
向氣體分子總數(shù)減小的方向移動
減小壓強
向氣體分子總數(shù)增大的方向移動
反應(yīng)前后氣體體積不變
改變壓強
平衡不移動
溫度
升高溫度
向吸熱反應(yīng)方向移動
降低溫度
向放熱反應(yīng)方向移動
催化劑
同等程度改變v正、v逆,平衡不移動
5.化學(xué)反應(yīng)原理題答題“五要素”
1.(2021?全國甲卷)二氧化碳催化加氫制甲醇,有利于減少溫室氣體二氧化碳?;卮鹣铝袉栴}:
(1)二氧化碳加氫制甲醇的總反應(yīng)可表示為:CO2(g)+3H2=CH3OH(g)+H2O(g)
該反應(yīng)一般認(rèn)為通過如下步驟來實現(xiàn):
①CO2(g)+H2=CO(g)+H2O(g) △H1=+41kJ·mol-l
②CO(g)+2H2=CH3OH(g) △H2=-90kJ·mol-l
總反應(yīng)的△H =_______ kJ·mol-l;若反應(yīng)①為慢反應(yīng),下列示意圖中能體現(xiàn)上述反應(yīng)能量變化的是_______(填標(biāo)號),判斷的理由是_______。
A. B.
C. D.
(2)合成總反應(yīng)在起始物n(H2)/n(CO2)=3時,在不同條件下達到平衡,設(shè)體系中甲醇的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為x(CH3OH),在 t=250℃下的 x(CH3OH)~p、在p=5×105Pa 下的 x(CH3OH)~t 如圖所示。
①用各物質(zhì)的平衡分壓表示總反應(yīng)的平衡常數(shù),表達式Kp =_______;
②圖中對應(yīng)等壓過程的曲線是_______,判斷的理由是_______;
③當(dāng)x(CH3OH)=0.10時,CO2的平衡轉(zhuǎn)化率____,反應(yīng)條件可能為___或___。
【答案】(1)-49 A ΔH1為正值,ΔH2為和ΔH為負(fù)值,反應(yīng)①的活化能大于反應(yīng)②的
(2)①
②b 總反應(yīng)ΔH”、“=”或“10g·L-1,H2S脫除率下降的原因是___________。
(4)在恒容密閉容器中,用H2還原SO2生成S的反應(yīng)分兩步完成(如圖所示),該過程中部分物質(zhì)的物質(zhì)的量濃度隨時間的變化關(guān)系如圖所示:
依據(jù)上圖描述H2還原SO2生成S的兩步反應(yīng)為:___________(用化學(xué)方程式表示)
【答案】(1)8.0×1015
(2) Fe-2e-+H2S═FeS+2H+ 生成的FeS附著在鐵碳填料的表面,原電池負(fù)極的表面積減小,化學(xué)反應(yīng)速率減慢,鐵的量因消耗而減少,形成微電池的數(shù)量減少,化學(xué)反應(yīng)速率減慢
(3)ρ(Fe3+)增大會促進H2S被氧化,生成的H+會溶液的pH降低,促進H2S的逸出,前者的影響小于后者
(4)SO2+3H2=H2S+2H2O,2H2S+SO2=3S+2H2O
【解析】(1)H2S+Cu2+(aq)=CuS+2H+(aq)的平衡常數(shù)為K=== ===8.0×1015;(2)①已知主要反應(yīng)2Fe+2H2S+O2=2FeS+2H2O,反應(yīng)中Fe的化合價升高,即Fe失電子發(fā)生氧化反應(yīng),裝置中微電池負(fù)極的電極反應(yīng)式為Fe-2e-+H2S═FeS+2H+;②一段時間后,生成的FeS附著在鐵碳填料的表面,原電池負(fù)極的表面積減小,化學(xué)反應(yīng)速率減慢,鐵的量因消耗而減少,形成微電池的數(shù)量減少,化學(xué)反應(yīng)速率減慢,導(dǎo)致單位時間內(nèi)H2S的去除率降低;(3)ρ(Fe3+)增大會促進H2S被氧化,方程式為:H2S+2Fe3+=2Fe2++S↓+2H+,生成的H+會溶液的pH降低,促進H2S的逸出,前者的影響小于后者時,H2S脫除率反而下降;(4)根據(jù)圖示信息可知,反應(yīng)過程中SO2一直減小,中間產(chǎn)物X先增大后減小,H2的量在物質(zhì)X達到最高時變?yōu)?,說明第一個階段是SO2和H2反應(yīng)生成H2S,而后中間產(chǎn)物X減小,說明是X與SO2反應(yīng)轉(zhuǎn)化為了S即 H2S和SO2反應(yīng)生成S和水,故X為H2S,故兩個階段的反應(yīng)分別為:SO2+3H2=H2S+2H2O,2H2S+SO2=3S+2H2O。
9.(2022·江蘇省如皋市高三統(tǒng)考)用化學(xué)方法降解水中有機物已成為污水處理領(lǐng)域的重要研究方向。
(1)酸性條件下,鐵炭混合物處理污水中硝基苯時的物質(zhì)轉(zhuǎn)化示意圖如圖1所示。
①該物質(zhì)轉(zhuǎn)化示意圖可以描述為_______。
②其他條件一定,反應(yīng)相同時間,硝基苯的去除率與pH的關(guān)系如圖2所示。pH越大,硝基苯的去除率越低的原因是_______。
(2)向含F(xiàn)e2+和苯胺()的酸性溶液中加入雙氧水,會發(fā)生如下反應(yīng):Fe2++H++H2O2=Fe3++HO·+H2O
①HO·(羥基自由基)具有強氧化性,能將溶液中的苯胺氧化成CO2和N2。寫出該反應(yīng)的離子方程式:_______。
②H2O2也具有氧化性,設(shè)計驗證苯胺是被HO·氧化而不是被H2O2氧化的實驗方案:_______。
(3)利用電化學(xué)裝置通過間接氧化法能氧化含苯胺的污水,其原理如圖3所示。其他條件一定,測得不同初始pH條件下,溶液中苯胺的濃度與時間的關(guān)系如圖4所示。反應(yīng)相同時間,初始溶液pH=3時苯胺濃度大于pH=10時的原因是_______。[已知氧化性:HClO(H+)>ClO-(OH-)]
【答案】(1)鐵失去電子變成Fe2+,電子傳遞到炭中,NO2在炭表面得到電子變成NO,NO再得到電子變成NH2 pH增大,F(xiàn)e2+生成Fe(OH)2沉淀,F(xiàn)e(OH)2沉淀覆蓋在鐵炭混合物表面,阻礙了反應(yīng)的進行,降低了反應(yīng)速率
(2) 2NH2+62HO·→12CO2↑+N2↑+38H2O 向一定量苯胺溶液中加入H2O2溶液,無明顯現(xiàn)象(測定苯胺未發(fā)生反應(yīng)),再加入FeSO4溶液,有氣泡產(chǎn)生(測定苯胺已發(fā)生反應(yīng))
(3)酸性條件下Cl2不易與水反應(yīng)生成HClO,pH=3時的溶液中HClO溶液濃度遠小于pH=10時的ClO-濃度,反應(yīng)速率較慢
【解析】(1) ①根據(jù)題意可知,硝基苯與氫離子得電子反應(yīng)生成亞硝基苯,該物質(zhì)轉(zhuǎn)化示意圖可以描述為:鐵失去電子變成Fe2+,電子傳遞到炭中,NO2在炭表面得到電子變成NO,NO再得到電子變成NH2;②在堿性條件下,隨著pH升高,F(xiàn)e腐蝕反應(yīng)生成的Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3沉淀,覆蓋在鐵屑的表面,阻礙了電子的傳遞,抑制了反應(yīng)的進行,導(dǎo)致硝基苯的降解率降低;(2)①H2O2在Fe3+等離子作用下能夠生成羥基自由基HO·。HO·具有很強的氧化作用,會氧化苯胺,故反應(yīng)式為:2NH2+62HO·→12CO2↑+N2↑+38H2O;②向一定量苯胺溶液中加入H2O2溶液,無明顯現(xiàn)象(測定苯胺未發(fā)生反應(yīng)),再加入FeSO4溶液,有氣泡產(chǎn)生(測定苯胺已發(fā)生反應(yīng));(3)結(jié)合氯氣性質(zhì)可知酸性條件下Cl2不易與水反應(yīng)生成HClO,pH=3時的溶液中HClO溶液濃度遠小于pH=10時的ClO-濃度,反應(yīng)速率較慢。
10.(2022·江西省重點中學(xué)協(xié)作體高三聯(lián)考)國家主席習(xí)近平提出了中國應(yīng)對氣候變化的兩個目標(biāo):二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值,于2060年前實現(xiàn)碳中和。因此,研發(fā)CO2利用技術(shù)、降低空氣中CO2含量成為了研究熱點。為減少CO2對環(huán)境造成的影響,可采用“CO2催化加氫制甲醇”方法將其資源化利用。該反應(yīng)體系中涉及以下兩個反應(yīng):
I.CO2(g)+3H2(g)→CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1
II.CO2(g)+H2(g)→CO(g)+H2O(g) ΔH2
回答下列問題:
(1)反應(yīng)I、II的InK(K代表化學(xué)平衡常數(shù))隨(溫度的倒數(shù))的變化如圖所示。
ΔH1________0(填“大于”或“小于”或“等于”);升高溫度,反應(yīng)CO(g)+2H2(g)→CH3OH(g)的化學(xué)平衡常數(shù)________(填“增大”或“減小”或“不變”)。
(2)上述反應(yīng)體系在一定條件下建立平衡后,下列說法正確的有________。
A.增大CO的濃度,反應(yīng)I的平衡向正反應(yīng)方向移動
B.降低溫度,反應(yīng)I和II的正、逆反應(yīng)速率都減小
C.恒溫恒容下充入氦氣,反應(yīng)I的平衡向正反應(yīng)方向移動
D.增大壓強,反應(yīng)I和II重新達到平衡的時間不同
(3)恒壓下將CO2和H2按體積比1:3混合,在不同催化劑作用下發(fā)生反應(yīng)I和反應(yīng)II,在相同的時間段內(nèi)CH3OH的選擇性和產(chǎn)率隨溫度的變化如圖。
其中:CH3OH的選擇性=×100%
①在上述條件下合成甲醇的工業(yè)條件是________。
A.210℃ B.230℃ C.催化CZT D.催化劑CZ(Zr-1)T
②在230℃以上,升高溫度CO2的轉(zhuǎn)化率增大,但甲醇的產(chǎn)率降低,原因是________。
(4)恒溫恒壓密閉容器中,加入2molCO2和4molH2,只發(fā)生反應(yīng)I和反應(yīng)II,初始壓強為p0,在300℃發(fā)生反應(yīng),反應(yīng)達平衡時,CO2的轉(zhuǎn)化率為50%,容器體積減小20%.則達到平衡時H2的轉(zhuǎn)化率為________,反應(yīng)II的平衡常數(shù)K=________(保留兩位有效數(shù)字)。
【答案】(1)小于 減小 (2)AB
(3) BD 230℃以上,溫度升高,反應(yīng)Ⅰ的平衡向逆反應(yīng)方向移動,反應(yīng)Ⅱ的平衡向正反應(yīng)方向移動,但溫度對反應(yīng)Ⅱ的平衡影響更大
(4) 55% 0.22
【解析】(1)溫度T降低,增大,由圖像可知,反應(yīng)I的lnK隨的增大而增大,反應(yīng)II的lnK隨的增大而減小,即隨著的增大,反應(yīng)I的K增大、反應(yīng)II的K減小。所以,當(dāng)溫度降低,反應(yīng)I的K增大、平衡正向移動,反應(yīng)I為放熱反應(yīng),ΔH1小于0;當(dāng)溫度降低,反應(yīng)II的K減小、平衡逆向移動,反應(yīng)II為吸熱反應(yīng),ΔH2大于0。依據(jù)蓋斯定律,反應(yīng)CO(g)+2H2(g)→CH3OH(g)可由I-II得到,即焓變ΔH=ΔH1-ΔH2,而ΔH10,所以ΔH載氧體II;(3)根據(jù)題意,往盛有CuO/Cu2O載氧體的剛性密閉容器中充入空氣發(fā)生反應(yīng)①,且氧氣的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)x(O2 )為21%,設(shè)通入的空氣的物質(zhì)的量為amol,氧氣的消耗量為bmol,則起始時氧氣的物質(zhì)的量為0.21amol,平衡時氧氣的物質(zhì)的量為(0.21a- b) mol,空氣中其他氣體的物質(zhì)的量為0.79amol,由圖可知,985℃時,平衡時x(O2) = 10%,即100% = 10%,整理得b=a,則平衡轉(zhuǎn)化率a(O2)=100%≈58%;(4)當(dāng)反應(yīng)平衡后隨著升溫轉(zhuǎn)化率下降,反應(yīng)逆向進行,故正反應(yīng)為放熱反應(yīng);該反應(yīng)為放熱反應(yīng),溫度小于T0時反應(yīng)未達平衡,故隨溫度升高,H2S轉(zhuǎn)化率增大;溫度大于T0后反應(yīng)已達平衡,升溫導(dǎo)致平衡逆向移動,硫化氫平衡轉(zhuǎn)化率降低;答案為<;該反應(yīng)為放熱反應(yīng),溫度小于T0時反應(yīng)未達平衡,故隨溫度升高,H2S轉(zhuǎn)化率增大;溫度大于T0后反應(yīng)已達平衡,升溫導(dǎo)致平衡逆向移動,硫化氫平衡轉(zhuǎn)化率降低;(5)240℃時, 其平衡常數(shù)K=1,ω[H2S(g)]=ω[CO(g)]=ω[COS(g)=ω[H2(g)]=25%,反應(yīng)放熱升高溫度平衡逆向移動,生成物體積減小,反應(yīng)物體積分?jǐn)?shù)增大,起始時密閉容器中ω[H2S(g)和ω([CO(g])] ω[COS(g)]和ω[H2(g)]分別相等, 甲丁處于同一溫度體系(320℃),乙丙處于同溫度體系(300℃),320℃時, 表示ω[H2S(g)]的曲線是甲;(6)在1L密閉容器中通入1mol CO2和3mol H2,在鐵系催化劑作用下進行反應(yīng)CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g),圖4中點M(350,70),即350℃時CO2的平衡轉(zhuǎn)化率為70%,轉(zhuǎn)化的CO2的物質(zhì)的量為1mol70%=0.7mol,此時乙烯的選擇性為,則轉(zhuǎn)化為乙烯的二氧化碳的物質(zhì)的量為0.7mol=0.4mol,轉(zhuǎn)化為CO的CO2的物質(zhì)的量為0.7mol-0.4mol=0.3mol,根據(jù)化學(xué)方程式列出三段式:
平衡時CO2的物質(zhì)的量為1mol-0.3mol-0.4mol=0.3mol,CO的物質(zhì)的量為0.3mol,H2的物質(zhì)的量為3mol-0.3mol-1.2mol=1.5mol,水蒸氣的物質(zhì)的量為0.3mol+0.8mol=1.1mol,C2H4的物質(zhì)的量為0.2mol,氣體的總物質(zhì)的量為0.3mol+0.3mol+1.5mol+1.1mol+0.2mol=3.4mol,則該溫度時反應(yīng)②的平衡常數(shù)Kp==。
12.(2022·遼寧省大連市模擬預(yù)測)2021年6月17日神舟十三號載人飛船與空間站成功對接,航天員進入天和核心艙??臻g站處理CO2的一種重要方法是CO2的收集、濃縮與還原。
(1)H2還原CO2制CH4的部分反應(yīng)如下:
①CO2(g)+H2(g)CO(g)+ H2O(g) ΔH1=+41kJ·mol?1
②CO(g)+3H2(g)CH4(g)+ H2O(g) ΔH2=-24641kJ·mol?1
③CO(g)+H2(g)C(s) + H2O(g) ΔH3=-131kJ·mol?1
反應(yīng)2C(s)+2H2O(g)CH4(g)+ CO2(g)的ΔH =___________。
(2)在催化劑作用下CO2加氫可制得甲醇,該反應(yīng)歷程如下圖所示(吸附在催化劑表面的物質(zhì)用*標(biāo)注,如CO2表示CO2吸附在催化劑表面;圖中已省略)。
上述合成甲醇的反應(yīng)速率較慢,該反應(yīng)過程中決定反應(yīng)速率的步驟是_____(用化學(xué)方程式表示)。
(3)在一定條件下,向某恒容密閉容器中充入xmol CO2和ymolH2,發(fā)生反應(yīng)CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+ H2O(g) ΔH=-50kJ·mol?1。
①圖1中能表示該反應(yīng)的平衡常數(shù)K與溫度T之間的變化關(guān)系的是曲線_____ (填“m”或“n”),判斷依據(jù)是________。
②若x=2、y=3,測得在相同時間內(nèi),不同溫度下的轉(zhuǎn)化率如圖2所示,_______(填“>”、“ 0。若將3 mol雙環(huán)戊二烯通入恒容密閉容器中,分別在T1和T2溫度下進行反應(yīng)。曲線A表示T2溫度下n(雙環(huán)戊二烯)的變化,曲線B表示T1溫度下n(環(huán)戊二烯)的變化,T2溫度下反應(yīng)到a點恰好達到平衡。
①曲線B在T1溫度下恰好達到平衡時的點的坐標(biāo)為(m,n),則m_______2(填“>” “” “
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