2023版新教材高考化學微專題小練習專練39化學反應原理綜合題

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1．[2022·湖南卷]2021年我國制氫量位居世界第一，煤的氣化是一種重要的制氫途徑。回答下列問題：
(1)在一定溫度下，向體積固定的密閉容器中加入足量的C(s)和1ml H2O(g)，起始壓強為0.2 MPa時，發(fā)生下列反應生成水煤氣：
Ⅰ.C(s)＋H2O(g)?CO(g)＋H2(g)ΔH1＝＋131.4 kJ·ml－1
Ⅱ.CO(g)＋H2O(g)?CO2(g)＋H2(g)ΔH2＝－41.1 kJ·ml－1
①下列說法正確的是________；
A．平衡時向容器中充入惰性氣體，反應Ⅰ的平衡逆向移動
B．混合氣體的密度保持不變時，說明反應體系已達到平衡
C．平衡時H2的體積分數(shù)可能大于 eq \f(2,3)
D．將炭塊粉碎，可加快反應速率
②反應平衡時，H2O(g)的轉化率為50%，CO的物質的量為0.1 ml。此時，整個體系________(填“吸收”或“放出”)熱量________kJ，反應Ⅰ的平衡常數(shù)Kp＝________(以分壓表示，分壓＝總壓×物質的量分數(shù))。
(2)一種脫除和利用水煤氣中CO2方法的示意圖如下：
①某溫度下，吸收塔中K2CO3溶液吸收一定量的CO2后，c(CO eq \\al(\s\up11(2－),\s\d4(3)) )∶c(HCO eq \\al(\s\up11(－),\s\d4(3)) )＝1∶2，則該溶液的pH＝________(該溫度下H2CO3的Ka1＝4.6×10－7，Ka2＝5.0×10－11)；
②再生塔中產生CO2的離子方程式為____________________________；
③利用電化學原理，將CO2電催化還原為C2H4，陰極反應式為________________________________。
2．[2022·全國乙卷]油氣開采、石油化工、煤化工等行業(yè)廢氣普遍含有的硫化氫，需要回收處理并加以利用?；卮鹣铝袉栴}：
(1)已知下列反應的熱化學方程式：
①2H2S(g)＋3O2(g)===2SO2(g)＋2H2O(g) ΔH1＝－1 036 kJ·ml－1
②4H2S(g)＋2SO2(g)===3S2(g)＋4H2O(g) ΔH2＝94 kJ·ml－1
③2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g) ΔH3＝－484 kJ·ml－1
計算H2S熱分解反應④2H2S(g)===S2(g)＋2H2(g)的ΔH4＝________ kJ·ml－1。
(2)較普遍采用的H2S處理方法是克勞斯工藝，即利用反應①和②生成單質硫。另一種方法是，利用反應④高溫熱分解H2S。相比克勞斯工藝，高溫熱分解方法的優(yōu)點是______________________，缺點是____________。
(3)在1 470 K、100 kPa反應條件下，將n(H2S)∶n(Ar)＝1∶4的混合氣進行H2S熱分解反應。平衡時混合氣中H2S與H2的分壓相等，H2S平衡轉化率為________，平衡常數(shù)Kp＝________ kPa。
(4)在1 373 K、100 kPa反應條件下，對于n(H2S)∶n(Ar)分別為4∶1、1∶1、1∶4、1∶9、1∶19的H2S-Ar混合氣，熱分解反應過程中H2S轉化率隨時間的變化如下圖所示。
①n(H2S)∶n(Ar)越小，H2S平衡轉化率________，理由是______________________________。
②n(H2S)∶n(Ar)＝1∶9對應圖中曲線________，計算其在0～0.1 s之間，H2S分壓的平均變化率為________ kPa·s－1。
3．[2021·廣東卷]我國力爭于2030年前做到碳達峰，2060年前實現(xiàn)碳中和。CH4與CO2重整是CO2利用的研究熱點之一。該重整反應體系主要涉及以下反應：
a)CH4(g)＋CO2(g)?2CO(g)＋2H2(g) ΔH1
b)CO2(g)＋H2(g)?CO(g)＋H2O(g) ΔH2
c)CH4(g)?C(s)＋2H2(g) ΔH3
d)2CO(g)?CO2(g)＋C(s) ΔH4
e)CO(g)＋H2(g)?H2O(g)＋C(s) ΔH5
(1)根據(jù)蓋斯定律，反應a的ΔH1＝________(寫出一個代數(shù)式即可)。
(2)上述反應體系在一定條件下建立平衡后，下列說法正確的有________。
A．增大CO2與CH4的濃度，反應a、b、c的正反應速率都增加
B．移去部分C(s)，反應c、d、e的平衡均向右移動
C．加入反應a的催化劑，可提高CH4的平衡轉化率
D．降低反應溫度，反應a～e的正、逆反應速率都減小
(3)一定條件下，CH4分解形成碳的反應歷程如圖1所示。該歷程分________步進行，其中，第________步的正反應活化能最大。
(4)設K eq \\al(\s\up11(r),\s\d4(p)) 為相對壓力平衡常數(shù)，其表達式寫法：在濃度平衡常數(shù)表達式中，用相對分壓代替濃度。氣體的相對分壓等于其分壓(單位為kPa)除以p0(p0＝100 kPa)。反應a、c、e的ln K eq \\al(\s\up11(r),\s\d4(p)) 隨 eq \f(1,T) (溫度的倒數(shù))的變化如圖2所示。
①反應a、c、e中，屬于吸熱反應的有________(填字母)。
②反應c的相對壓力平衡常數(shù)表達式為K eq \\al(\s\up11(r),\s\d4(p)) ＝________。
③在圖2中A點對應溫度下、原料組成為n(CO2)∶n(CH4)＝1∶1、初始總壓為100 kPa 的恒容密閉容器中進行反應，體系達到平衡時H2的分壓為40 kPa。計算CH4的平衡轉化率，寫出計算過程：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(5)CO2用途廣泛，寫出基于其物理性質的一種用途：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
專練44 化學反應原理綜合題
1．答案：（1）①BD ②吸收 31.2 0.02 MPa
（2）①10 ②2HCO eq \\al(\s\up11(－),\s\d4(3)) eq \(=====,\s\up7(△)) H2O＋CO2↑＋CO eq \\al(\s\up11(2－),\s\d4(3))
③2CO2＋12H＋＋12e－===C2H4＋4H2O
解析：（1）①平衡時向容器中充入惰性氣體，各物質濃度不變，反應Ⅰ的平衡不移動，A錯誤；C（s）在反應過程中轉化成氣體，氣體質量增大，使氣體密度增大，直至反應達到平衡，B正確；由Ⅰ＋Ⅱ得C（s）＋2H2O（g）?CO2（g）＋2H2（g），當該反應進行到底時，H2的體積分數(shù)為 eq \f(2,3) ，但可逆反應不可能進行到底，故C錯誤；將炭塊粉碎，增大了炭與水蒸氣的接觸面積，可加快反應速率，D正確。②設反應達到平衡時，反應Ⅰ消耗x ml H2O（g）、反應Ⅱ消耗y ml H2O（g），由題中信息可得：
Ⅰ.C（s）＋H2O（g）?CO（g）＋H2（g）
起始量/ml: 1 0 0
變化量/ml: xxx
Ⅱ.CO（g）＋H2O（g）?CO2（g）＋H2（g）
變化量/ml: yyyy
平衡量/ml: x－y 1－x－yyx＋y
則x＋y＝50%×1、x－y＝0.1，解得x＝0.3、y＝0.2，故整個體系的熱量變化為＋131.4 kJ·ml－1×0.3 ml－41.1 kJ·ml－1×0.2 ml＝＋31.2 kJ（吸收熱量）。平衡時氣體總物質的量是1.3 ml，總壓強為0.26 MPa，故反應Ⅰ的平衡常數(shù)Kp＝ eq \f(p（CO）·p（H2）,p（H2O）) ＝ eq \f(\f(0.1,1.3)×0.26 MPa×\f(0.5,1.3)×0.26 MPa,\f(0.5,1.3)×0.26 MPa) ＝0.02 MPa。
（2）①由Ka2＝ eq \f(c（CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) ）·c（H＋）,c（HCO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) ）) ＝5.0×10－11、c（CO eq \\al(\s\up11(2－),\s\d4(3)) ）∶c（HCO eq \\al(\s\up11(－),\s\d4(3)) ）＝1∶2，可得c（H＋）＝1.0×10－10ml·L－1，pH＝－lg c（H＋）＝10。②再生塔中產生CO2的同時生成K2CO3，說明KHCO3在水蒸氣加熱條件下發(fā)生分解反應。③由題意知，CO2在陰極得到電子生成C2H4，圖中質子交換膜提示有H＋參與反應，故陰極反應式為2CO2＋12H＋＋12e－===C2H4＋4H2O。
2．答案：（1）＋170
（2）高溫熱分解能夠獲得H2，H2可作燃料，且副產物少能耗高
（3）50% 4.76
（4）①越高（或越大） H2S的熱分解反應為氣體分子數(shù)增大的反應，恒壓條件下，不斷充入Ar，導致H2S的分壓降低，相當于減壓，平衡正向移動，H2S的平衡轉化率升高 ②d 24.9
解析：（1）根據(jù)蓋斯定律可知，反應④＝（①＋②）÷3－③，即ΔH4＝（ΔH1＋ΔH2）÷3－ΔH3＝＋170 kJ·ml－1。（2）克勞斯工藝無法獲取H2，且存在副產物SO2，高溫熱分解能夠獲得H2，H2可作燃料，且副產物少；高溫熱分解法的缺點是需要高溫條件，能耗高。（3）設初始時H2S為1 ml，則Ar為4 ml，H2S轉化了2x ml，列三段式：
2H2S（g）?S2（g）＋2H2（g）
初始量/ml: 1 0 0
轉化量/ml: 2x x 2x
平衡量/ml: 1－2xx 2x
平衡時H2S與H2的分壓相等，則n（H2S）＝n（H2），1－2x＝2x，可得x＝0.25，則H2S的平衡轉化率＝ eq \f(0.25×2,1) ×100%＝50%，平衡時，n（H2S）＝n（H2）＝0.5 ml，n（S2）＝0.25 ml，此時容器中氣體總物質的量為0.5 ml＋0.5 ml＋0.25 ml＋4 ml＝5.25 ml，則H2S（g）、S2（g）、H2（g）的分壓分別為（100× eq \f(0.5,5.25) ） kPa、（100× eq \f(0.25,5.25) ） kPa、（100× eq \f(0.5,5.25) ） kPa，代入Kp＝ eq \f(p2（H2）×p（S2）,p2（H2S）) ，可得Kp≈4.76 kPa。（4）①n（H2S）∶n（Ar）越小，可理解為恒壓條件下，不斷充入Ar，導致H2S的分壓降低，相當于進行減壓操作，H2S的熱分解反應為氣體分子數(shù)增大的反應，減壓時平衡正向移動，H2S的平衡轉化率升高。②由①中分析知n（H2S）∶n（Ar）＝1∶9時的轉化率僅低于n（H2S）∶n（Ar）＝1∶19時的轉化率，故對應圖中曲線d，0.1 s時，H2S的轉化率為24%，設H2S、Ar初始量分別為1 ml、9 ml，列三段式：
2H2S（g）?S2（g）＋2H2（g）
初始量/ml: 1 0 0
變化量/ml: 0.24 0.12 0.24
0．1 s時/ml: 0.76 0.12 0.24
H2S的初始分壓＝100× eq \f(1,1＋9) kPa＝10 kPa，0.1 s時，H2S的分壓＝100× eq \f(0.76,0.76＋0.12＋0.24＋9) kPa≈7.51 kPa，則變化的H2S分壓約為10 kPa－7.51 kPa＝2.49 kPa，故H2S分壓的平均變化率為2.49 kPa÷0.1 s＝24.9 kPa·s－1。
3．答案：（1）ΔH3－ΔH4（或ΔH2＋ΔH3－ΔH5）
（2）AD
（3）4 4
（4）①ac ② eq \f(p2（H2）,p（CH4）·p0) ③由題圖2中A點對應溫度下反應c的ln K eq \\al(\s\up11(r),\s\d4(p)) ＝0，即K eq \\al(\s\up11(r),\s\d4(p)) ＝ eq \f(p2（H2）,p（CH4）·p0) ＝1，p（CH4）＝ eq \f(p2（H2）,p0) ＝ eq \f(（40 kPa）2,100 kPa) ＝16 kPa，p初始（CH4）＝100 kPa× eq \f(1,2) ＝50 kPa，CH4的平衡轉化率為 eq \f(50 kPa－16 kPa,50 kPa) ×100%＝68%
（5）干冰做制冷劑、人工降雨等（合理即可）
解析：（1）由題給反應方程式可知，反應a可由反應c－d或反應b＋c－e得到，故根據(jù)蓋斯定律，ΔH1＝ΔH3－ΔH4或ΔH1＝ΔH2＋ΔH3－ΔH5。（2）增大CO2的濃度，反應a、b的正反應速率增加；增大CH4的濃度，反應a、c的正反應速率增加，A正確。由于C（s）是固體，移去部分C（s），平衡不移動，B錯誤。催化劑只能改變反應速率，不影響化學平衡移動，則不能提高CH4的平衡轉化率，C錯誤。降低反應溫度，正、逆反應速率均減小，D正確。故選AD。（3）由題圖1可知，反應分為CH4 eq \(――→,\s\up7(1)) CH3＋H eq \(――→,\s\up7(2)) CH2＋2H eq \(――→,\s\up7(3)) CH＋3H eq \(――→,\s\up7(4)) C＋4H 4個步驟，其中第4步的正反應活化能最大。（4）①由題圖2可知，反應a、c的K eq \\al(\s\up11(r),\s\d4(p)) 隨T升高而增大，故a、c均為吸熱反應。反應e的K eq \\al(\s\up11(r),\s\d4(p)) 隨T升高而減小，故e為放熱反應。②由于C（s）是固體，因此反應c的相對壓力平衡常數(shù)表達式為K eq \\al(\s\up11(r),\s\d4(p)) ＝ eq \f(\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(p（H2）,p0)))\s\up12(2),\f(p（CH4）,p0)) ＝ eq \f(p2（H2）,p（CH4）·p0) 。③由題圖2可知，A點對應溫度下反應c的ln K eq \\al(\s\up11(r),\s\d4(p)) ＝0，即K eq \\al(\s\up11(r),\s\d4(p)) ＝ eq \f(p2（H2）,p（CH4）·p0) ＝1，p（CH4）＝ eq \f(p2（H2）,p0) ＝ eq \f(（40 kPa）2,100 kPa) ＝16 kPa，根據(jù)反應條件，可知二氧化碳與甲烷物質的量之比等于壓強之比，則p初始（CH4）＝ eq \f(1,1＋1) ×100 kPa＝50 kPa，則CH4的平衡轉化率為 eq \f(50 kPa－16 kPa,50 kPa) ×100%＝68%。（5）CO2經加壓、降溫可轉化為干冰，干冰常用于制冷劑、人工降雨等。