2023屆高三化學(xué)高考備考一輪復(fù)習(xí) 第二十三專題 化學(xué)反應(yīng)原理綜合 測(cè)試題

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(1) TiO2轉(zhuǎn)化為TiCl4有直接氯化法和碳氯化法。在1000℃時(shí)反應(yīng)的熱化學(xué)方程式及其平衡常數(shù)如下：
(ⅰ)直接氯化：
(ⅱ)碳氯化：
①反應(yīng)的為_______，Kp=_______Pa。
②碳氯化的反應(yīng)趨勢(shì)遠(yuǎn)大于直接氯化，其原因是_______。
③對(duì)于碳氯化反應(yīng)：增大壓強(qiáng)，平衡_______移動(dòng)(填“向左”“向右”或“不”)；溫度升高，平衡轉(zhuǎn)化率_______(填“變大”“變小”或“不變”)。
(2)在，將TiO2、C、Cl2以物質(zhì)的量比1∶2.2∶2進(jìn)行反應(yīng)。體系中氣體平衡組成比例(物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))隨溫度變化的理論計(jì)算結(jié)果如圖所示。
①反應(yīng)的平衡常數(shù)_______。
②圖中顯示，在平衡時(shí)TiO2幾乎完全轉(zhuǎn)化為TiCl4，但實(shí)際生產(chǎn)中反應(yīng)溫度卻遠(yuǎn)高于此溫度，其原因是 。
(3) TiO2碳氯化是一個(gè)“氣—固—固”反應(yīng)，有利于“固—固”接觸的措施是
。
2． (2022·全國(guó)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(yīng)的熱化學(xué)方程式：
①2H2S(g)+3O2(g)＝2SO2(g)+2H2O(g) ΔH1＝－1036kJ/ml
②4H2S(g)+2SO2(g)＝3S2(g)+4H2O(g) ΔH2＝94kJ/ml
③2H2(g)+O2(g)＝2H2O(g) ΔH3＝－484kJ/ml
計(jì)算H2S 熱分解反應(yīng)④2H2S(g)＝S2(g)+2H2(g)的 ΔH4=________ kJ/ml。
(2)較普遍采用的H2S處理方法是克勞斯工藝。即利用反應(yīng)①和②生成單質(zhì)硫。另一種方法是：利用反應(yīng)④高溫?zé)岱纸釮2S。相比克勞斯工藝，高溫?zé)岱纸夥椒ǖ膬?yōu)點(diǎn)是 ，缺點(diǎn)是 。
(3)在1470K、100kPa反應(yīng)條件下，將n(H2S) : n(Ar)＝1:4的混合氣進(jìn)行H2S熱分解反應(yīng)。平衡時(shí)混合氣中H2S與H2的分壓相等，H2S平衡轉(zhuǎn)化率為________，平衡常數(shù)Kp=________kPa。
(4)在1373K、100kPa 反應(yīng)條件下，對(duì)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(yīng)過程中H2S轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間的變化如下圖所示。
①n(H2S) : n(Ar) 越小，H2S平衡轉(zhuǎn)化率________，理由是 。
②n(H2S) : n(Ar)＝1:9對(duì)應(yīng)圖中曲線____，計(jì)算其在0-0.1s之間，H2S分壓的平均變化率為___ kPa·s-1。
3． (2022·山東日照模擬)氫能是一種理想的綠色能源，一種太陽(yáng)能兩步法甲烷蒸氣重整制氫原理合成示意圖如下：
(1)第Ⅰ步：NiFe2O4(s)＋CH4(g)NiO(s)＋2FeO(s)＋CO(g)＋2H2(g) ΔH1＝a kJ·ml－1?？偡磻?yīng)可表示為：CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g) ΔH2＝b kJ·ml－1。寫出第Ⅱ步反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：______________________________________________________。
(2)實(shí)驗(yàn)測(cè)得分步制氫比直接利用CH4和H2O(g)反應(yīng)具有更高的反應(yīng)效率，原因_____________________。
(3)第Ⅰ、Ⅱ步反應(yīng)的lg Kp-T圖像如下。
由圖像可知a________b(填“大于”或“小于”)，1 000 ℃時(shí)，第Ⅱ步反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K＝________，測(cè)得該溫度下第Ⅰ步反應(yīng)平衡時(shí)CH4的平衡分壓p(CH4)＝4.0 kPa，則平衡混合氣體中H2的體積分?jǐn)?shù)為________(保留一位小數(shù))。
(4)第Ⅰ步反應(yīng)產(chǎn)生的合成氣(CO和H2的混合氣體)可用于F-T合成(以合成氣為原料在催化劑和適當(dāng)條件下合成碳?xì)浠衔锏墓に囘^程)。合成碳?xì)浠衔飼r(shí)易發(fā)生副反應(yīng)：CO＋H2O(g)CO2＋H2，如圖為相同條件下用不同催化劑在不同時(shí)間段測(cè)得反應(yīng)體系內(nèi)CO2的體積分?jǐn)?shù)，據(jù)此應(yīng)選擇的催化劑是________(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)，選擇的依據(jù)是______________________________。
4． (2022·東北師大附中模擬)溫室氣體讓地球發(fā)燒，倡導(dǎo)低碳生活，是一種可持續(xù)發(fā)展的環(huán)保責(zé)任，將CO2應(yīng)用于生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)其綜合利用是目前的研究熱點(diǎn)。
Ⅰ.在催化作用下由CO2和CH4轉(zhuǎn)化為CH3COOH的反應(yīng)歷程示意圖如圖。
在合成CH3COOH的反應(yīng)歷程中，下列有關(guān)說法正確的是________(填字母)。
a．該催化劑使反應(yīng)的平衡常數(shù)增大
b．CH4―→CH3COOH過程中，有C—H鍵斷裂和C—C鍵形成
c．生成乙酸的反應(yīng)原子利用率100%
d．ΔH＝E2－E1
Ⅱ.以CO2、C2H6為原料合成C2H4涉及的主要反應(yīng)如下：
CO2(g)＋C2H6(g)C2H4(g)＋H2O(g)＋CO(g) ΔH＝＋177 kJ·ml－1(主反應(yīng))
C2H6(g)CH4(g)＋H2(g)＋C(s) ΔH＝＋9 kJ·ml－1(副反應(yīng))
(1)主反應(yīng)的反應(yīng)歷程可分為如下兩步，反應(yīng)過程中能量變化如圖1所示：
ⅰ.C2H6(g)C2H4(g)＋H2(g) ΔH1＝＋136 kJ·ml－1
ⅱ.H2(g)＋CO2(g)H2O(g)＋CO(g) ΔH2
ΔH2＝________，主反應(yīng)的決速步驟為________(填“反應(yīng)ⅰ”或“反應(yīng)ⅱ”)。
(2)向恒壓密閉容器中充入CO2和C2H6，溫度對(duì)催化劑K-Fe-Mn/Si-2性能的影響如圖2所示，工業(yè)生產(chǎn)中主反應(yīng)應(yīng)選擇的溫度是________________。
(3)在一定溫度下的密閉容器中充入一定量的CO2和C2H6，固定時(shí)間測(cè)定不同壓強(qiáng)下C2H4的產(chǎn)率如圖3所示，p1壓強(qiáng)下a點(diǎn)反應(yīng)速率：v(正)________v(逆)。
(4)某溫度下，在0.1 MPa恒壓密閉容器中充入等物質(zhì)的量的CO2和C2H4，只發(fā)生主反應(yīng)，達(dá)到平衡時(shí)C2H4的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為20%，該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp＝________(用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算，分壓＝總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。
5． (2021·全國(guó)乙卷)一氯化碘(ICl)是一種鹵素互化物，具有強(qiáng)氧化性，可與金屬直接反應(yīng)，也可用作有機(jī)合成中的碘化劑?；卮鹣铝袉栴}：
(1)歷史上海藻提碘中得到一種紅棕色液體，由于性質(zhì)相似，Liebig誤認(rèn)為是ICl，從而錯(cuò)過了一種新元素的發(fā)現(xiàn)，該元素是________。
(2)氯鉑酸鋇(BaPtCl6)固體加熱時(shí)部分分解為BaCl2、Pt和Cl2,376.8 ℃時(shí)平衡常數(shù)K′p＝1.0×104 Pa2，在一硬質(zhì)玻璃燒瓶中加入過量BaPtCl6，抽真空后，通過一支管通入碘蒸氣(然后將支管封閉)。在376.8 ℃，碘蒸氣初始?jí)簭?qiáng)為20.0 kPa。376.8 ℃平衡時(shí)，測(cè)得燒瓶中壓強(qiáng)為32.5 kPa，則pICl＝________kPa，反應(yīng)2ICl(g)===Cl2(g)＋I(xiàn)2(g)的平衡常數(shù)K＝________(列出計(jì)算式即可)。
(3)McMrris測(cè)定和計(jì)算了在136～180 ℃范圍內(nèi)下列反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp：
2NO(g)＋2ICl(g)2NOCl(g)＋I(xiàn)2(g) Kp1
2NOCl(g)2NO(g)＋Cl2(g) Kp2
得到lg Kp1～eq \f(1,T)和lg Kp2～eq \f(1,T)均為線性關(guān)系，如下圖所示：
①由圖可知，NOCl分解為NO和Cl2反應(yīng)的ΔH______0(填“大于”或“小于”)。
②反應(yīng)2ICl(g)===Cl2(g)＋I(xiàn)2(g)的K＝________(用Kp1、Kp2表示)；該反應(yīng)的ΔH________0(填“大于”或“小于”)，寫出推理過程：
________________________________________________________________________。
(4)Kistiakwsky曾研究了NOCl光化學(xué)分解反應(yīng)，在一定頻率(ν)光的照射下機(jī)理為：
NOCl＋hν―→NOCl* NOCl＋NOCl*―→2NO＋Cl2
其中hν表示一個(gè)光子能量，NOCl*表示NOCl的激發(fā)態(tài)。可知，分解1 ml的NOCl需要吸收_____ml光子。
6．(2021·全國(guó)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。回答下列問題：
(1)二氧化碳加氫制甲醇的總反應(yīng)可表示為：CO2(g)＋3H2(g)===CH3OH(g)＋H2O(g)
該反應(yīng)一般認(rèn)為通過如下步驟來實(shí)現(xiàn)：
①CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g) ΔH1＝＋41 kJ·ml－1
②CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(g) ΔH2＝－90 kJ·ml－1
總反應(yīng)的ΔH＝________kJ·ml－1；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(hào))，判斷的理由是___________________________________。
(2)合成總反應(yīng)在起始物n(H2)/n(CO2)＝3時(shí)，在不同條件下達(dá)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＝5×105 Pa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(dá)式Kp＝________；
②圖中對(duì)應(yīng)等壓過程的曲線是______________，判斷的理由是___________________；
③當(dāng)x(CH3OH)＝0.10時(shí)，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率α＝______，反應(yīng)條件可能為______________或______________。
7． (2021·山東臨沂高三二模)氮的氧化物是造成大氣污染的主要物質(zhì)。研究它們的反應(yīng)機(jī)理，對(duì)于消除環(huán)境污染有重要意義。
(1)在一定條件下，向某2 L密閉容器中分別投入一定量的NH3、NO發(fā)生反應(yīng)：4NH3(g)＋6NO(g)5N2(g)＋6H2O(g)，其他條件相同時(shí)，在甲、乙兩種催化劑的作用下，NO的轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系如圖所 示。
①工業(yè)上應(yīng)選擇催化劑________(填“甲”或“乙”)。
②M點(diǎn)是否為對(duì)應(yīng)溫度下NO的平衡轉(zhuǎn)化率，判斷理由是______________________。溫度高于210 ℃時(shí)，NO轉(zhuǎn)化率降低的原因可能是___________________________________。
(2)已知：NO2(g)＋SO2(g)NO(g)＋SO3(g) ΔH”“l(fā)g[Kp2(T)·Kp1(T)]，即K(T′)>K(T)，因此該反應(yīng)正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，即ΔH大于0 (4)0.5
解析：(1)紅棕色液體，推測(cè)為溴單質(zhì)，因此錯(cuò)過發(fā)現(xiàn)的元素是溴(或Br)；(2)由題意玻376.8℃時(shí)璃燒瓶中發(fā)生兩個(gè)反應(yīng)：(s)(s)+(s)+2(g)、Cl2(g)+I2(g)2ICl(g)。(s)(s)+(s)+2(g)的平衡常數(shù)，則平衡時(shí)p2(Cl2)=，平衡時(shí)p(Cl2)=100Pa，設(shè)到達(dá)平衡時(shí)I2(g)的分壓減小pkPa，則，376.8℃平衡時(shí)，測(cè)得燒瓶中壓強(qiáng)為，則0.1+20.0+p=32.5，解得p=12.4，則平衡時(shí)2p=2×12.4kPa=24.8kPa；則平衡時(shí)，I2(g)的分壓為(20.0-p)kPa=7.6kPa=7.6×103Pa，24.8kPa=24.8×103Pa，p(Cl2)=0.1kPa=100Pa，因此反應(yīng)的平衡常數(shù)K=；(3)①結(jié)合圖可知，溫度越高，越小，lgKp2越大，即Kp2越大，說明升高溫度平衡正向移動(dòng)，則NOCl分解為NO和反應(yīng)的大于0；②Ⅰ.Ⅱ.
Ⅰ+Ⅱ得，則K=；該反應(yīng)的大于0；推理過程如下：設(shè)，即，由圖可知：則：，即，因此該反應(yīng)正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，即大于0；
(4)Ⅰ.Ⅱ.Ⅰ+Ⅱ得總反應(yīng)為2NOCl+hv=2NO+Cl2，因此2mlNOCl分解需要吸收1ml光子能量，則分解1ml的NOCl需要吸收0.5ml光子。
6.答案：(1)－49 A ΔH1為正值，ΔH2和ΔH為負(fù)值，反應(yīng)①的活化能大于反應(yīng)②的
(2)①eq \f(p?H2O?·p?CH3OH?,p3?H2?·p?CO2?) ②b 總反應(yīng)ΔHm3。
②升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，二氧化碳和氫氣的含量增大，乙醇、水的含量減小，水的含量是乙醇的3倍，所以曲線b代表乙醇，曲線a代表水，曲線c代表H2，曲線d代表CO2，m＝3，設(shè)起始時(shí)H2為9 ml，則CO2為3 ml，平衡時(shí)C2H5OH為x ml，H2O為3x ml，列三段式：
2CO2(g)＋6H2(g)C2H5OH(g)＋3H2O(g)
起始量/ml 3 9 0 0
變化量/ml 2x 6x x 3x
平衡量/ml 3－2x 9－6x x 3x
9－6x＝3x，解得x＝1，平衡常數(shù)Kp＝eq \f(p?C2H5OH?·p3?H2O?,c2?CO2?·c6?H2?)，p(CO2)＝eq \f(1,8)p，p(H2)＝eq \f(3,8)p，p(C2H5OH)＝eq \f(1,8)p，p(H2O)＝eq \f(3,8)p，Kp＝eq \f(0.125p×?0.375p?3,?0.125p?2×?0.375p?6)。
10.答案：(1)①5∶4 eq \f(202×202,30×30) ②A 該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，溫度越低，平衡常數(shù)越小 C C點(diǎn)CO2的體積分?jǐn)?shù)大于相同溫度、100 kPa下平衡時(shí)的CO2的體積分?jǐn)?shù)，則壓強(qiáng)大于100 kPa，A、B點(diǎn)CO2的體積分?jǐn)?shù)小于相同溫度、100 kPa下平衡時(shí)的CO2的體積分?jǐn)?shù)，則壓強(qiáng)小于100 kPa
解析：(1)①初始組成n(CH4)∶n(CO2)＝1∶1，不妨設(shè)n(CH4)＝n(CO2)＝1 ml，設(shè)T1℃、100 kPa下，平衡時(shí)Δn(CH4)＝x ml，列三段式有
CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)
起始/ml 1 1 0 0
轉(zhuǎn)化/ml x x 2x 2x
平衡/ml 1－x 1－x 2x 2x
據(jù)圖可知平衡時(shí)CO2的體積分?jǐn)?shù)為30%，所以有eq \f(1－x,1－x＋1－x＋2x＋2x)＝30%，解得x＝0.25，所以平衡時(shí)氣體總物質(zhì)的量為2 ml＋0.25 ml×2＝2.5 ml，n(平衡時(shí)氣體)∶n(初始?xì)怏w)＝2.5 ml∶2 ml＝5∶4；平衡時(shí)p(CH4)＝p(CO2)＝100 kPa×eq \f(0.75 ml,2.5 ml)＝30 kPa，p(CO)＝p(H2)＝100 kPa×eq \f(0.5 ml,2.5 ml)＝20 kPa，所以Kp＝eq \f(202×202,30×30)。②該反應(yīng)焓變大于0，為吸熱反應(yīng)，溫度越低，平衡常數(shù)越小，所以A點(diǎn)對(duì)應(yīng)的平衡常數(shù)最??；該反應(yīng)為氣體系數(shù)之和增大的反應(yīng)，相同溫度下，增大壓強(qiáng)，平衡逆向移動(dòng)，CO2的體積分?jǐn)?shù)增大，A、B兩點(diǎn)CO2的體積分?jǐn)?shù)均小于相同溫度、壓強(qiáng)為100 kPa下平衡時(shí)CO2的體積分?jǐn)?shù)，說明壓強(qiáng)小于100 kPa，而C點(diǎn)大于相同溫度、壓強(qiáng)為100 kPa下平衡時(shí)CO2的體積分?jǐn)?shù)，說明壓強(qiáng)大于100 kPa，所以C點(diǎn)壓強(qiáng)最大。(2)據(jù)圖可知，75 min后催化劑目數(shù)越大，CH4轉(zhuǎn)化率越大，因?yàn)榇呋瘎┠繑?shù)越大，顆粒越小，表面積越大，原料氣與催化劑的接觸更加充分，反應(yīng)更完全。