化学反应原理高考化学样题

高考化学化学反应原理部分

1.含氮化合物在生产、生命活动中有重要的作用。回答下列问题：

(1)已知：4NHs(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2()(g)AHi=—akJ*mol-

1

MNHsCg)+6NO(g)=5N2(g)+6H2O(g)AH2=-Z>kJ-moF,H2O⑴=H2()(g)

1

A83=+CkJ-mol,写出在298K时，氨气燃烧生成N2的热化学方程式

(2)肌肉中的肌红蛋白(Mb)可与。2结合生成MbO2：Mb(aq)+O2(g)

和三Mb€>2(aq),其中左正和左逆分别表示正反应和逆反应的速率常数，即0正=左

嗫

正•c(Mb)・p(O2),。逆=左逆・c(MbO2)。37c时测得肌红蛋白的结合度(a)与p(C>2)的

关系如下表［结合度(a)指已与02结合的肌红蛋白占总肌红蛋白的百分比］:

P(O2)0.501.002.003.004.005.006.00

a(MbC)2

50.067.080.085.088.090.391.0

%)

①计算37℃、p(O2)为2.00kPa时，上述反应的平衡常数K=。

②导出平衡时肌红蛋白与02的结合度(㈤与02的压强［p(O2)］之间的关系式a

(用含有左正、左逆的式子表示)。

［解析］⑴根据盖斯定律(①X3+②X2—③X30)+5,可得热化学方程式：

,,3a+2〃+30c

X

4NH3(g)+3O2(g)=2N2(g)+6H2O(1)\H=----------------kJmolo

⑵①37℃、p(02)=2.00kPa时，结合度为80.0,化学平衡常数K=

c(Mb€)2)0.8

=2.00；②由结合度的定义式可知，反应达平衡时，V正

c(Mb)-p(O2)0.2X2.00

c(Mb€h)底心玄乂1))/(02)

=v逆，所以K=,可求出c(MbO)=,代入结合

c(Mb)・p(O2)女逆2

q弋_____C(Mb()2)___司尸—左正・尸(。2)

度正乂式a_c(Mb€)2)+c(Mb)，可何'々一

A正”(02)+左逆。

3a+2b+30c

［答案］(l)4NH(g)+3O(g)=2N(g)+6H2(XD\H=

3225

kJ*mol1

।k正中(。2)

(2)①2.00

左正N(C>2)+左逆

2.(2019•韶关模拟)甲醇是一种可再生能源，由CO2制备甲醇的过程可能涉

及的反应如下：

1

反应I：CO2(g)+3H2(g)^=^CH3OH(g)+H2O(g)AHi=-49.58kJmol

反应n：CO2(g)+H2(g)^^CO(g)+H2O(g)AH2

反应m：CO(g)+2H2(g).—^CH30H(g)

1

AH3=-90.77kJmor

回答下列问题：

(1)反应n的A〃2=，若反应I、n、in平衡常数分别为K、&、

K3,则Ki=(用Ki>K3表示)。

(2)反应ID自发进行条件是(填“较低温度”“较高温度”或“任何

温度”)o

(3)在一定条件下2L恒容密闭容器中充入3molH2和1.5molCO2,仅发生

反应I,实验测得不同反应温度与体系中CO2的平衡转化率的关系，如下表所

Zj\o

温度(℃)500T

co2的平衡转化率60%40%

①T500℃(填“>”“<”“=”)。

②温度为500℃时，该反应10min时达到平衡。用出表示该反应的反应速

率0(H2)=；该温度下，反应I的平衡常数K=。

(4)由CO2制备甲醇还需要氢气。工业上用电解法制取NazFeCh，同时获得

-由解

氢气：Fe+2H2O+2OH=^^FeOr+3H2t,工作原理如图所示。电解一段时

间后，c(OH-)降低的区域在________(填“阴极室”或“阳极室”)。该室发生的

电极反应式为______________________________________________________

—H-

离子交换膜

NaOH浓溶液

［解析］⑴依据盖斯定律可得：11=I-III,AH2=AH1-\H3=-49.58

kJ-mol-1+90.77kJ-mor1=+41.19kJ-mol1,反应H为反应I和反应HI的差，

所以反应的平衡常数为

nK2=KI/K3O

(2)该反应的ASvO、AH<0,当较低温度时，反应ni能够自发进行。

(3)①反应I的正反应是放热反应，所以升高温度二氧化碳的转化率减小，

则温度越低转化率越大，即T高于500C。

②CO2的变化量为1.5molX60%=0.9mol

CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)

初始量：1.5mol3mol00

变化量：0.9mol2.7mol0.9mol0.9mol

平衡量：0.6mol0.3mol0.9mol0.9mol

(4)该装置为电解池，阳极电极材料是Fe,铁在阳极失去电子，阳极的电极

反应为Fe-6e-+8OH==FeOi-+4H2O,由于阳极消耗了OH,所以随着电

解的进行c(OlT)会逐渐降低。

1

［答案］(1)+41.19kJmoFKI/K3(2)较低温度(3)①〉(2)0.135mol-L

200(4)阳极室Fe—6e-+8OH-=FeOi-+4H2O

3.(2019•茂名模拟)甲醛在木材加工、医药等方面有重要用途。甲醇直接脱

氢是工业上合成甲醛的新方法，制备过程涉及的主要反应如下：

1

反应I：CH3OH(g)——^HCHO(g)+H2(g)+85.2kJmoF

反应II：CH30H(g)⑴j二HCHO(g)+H2O(g)\H2

反应UI：H2(g)+1o2(l)=^H2O(g)

1

AH3=-241.8kJ-mol

副反应：

1

反应IV：CH3OH(g)+O2(g)._-CO(g)+2H2O(g)AH4=-393.0kJmol

⑴计算反应II的反应热A“2=o

(2)750K下，在恒容密闭容器中，发生反应CH30H(g)=^HCHO(g)+

H2(g),若起始压强为po,达到平衡时转化率为a,则平衡时的总压强p平=

(用含po和a的式子表示)；当po=lOlkPa,测得a=50.0%,计算反应

平衡常数/=kPa(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压X物质

的量分数，忽略其它反应)。

(3)Na2c03是甲醇脱氢制甲醛的催化剂，有研究指出，催化反应的部分机理

如下：

历程i：CH3OH->H+CH2OH

历程ii：CH20H—x-H+HCHO

历程iii：CH2OH->3H+CO

历程iv：H+H->H2

下图表示一定条件下温度对碳酸钠催化脱氢性能的影响，回答下列问题：

555O667OO

000050007580

①从平衡角度解释550℃-650C甲醇生成甲醛的转化率随温度升高的原

因

②反应历程i的活化能(填或“=”)。

CH30H(g)HCHO(g)+H2(g)活化能。

③650C〜750C,反应历程五的速率(填“>”或“=")反

应历程出的速率。

(4)吹脱是处理甲醛废水的一种工艺，吹脱速率可用方程。=0.0423cmg-L-

1大一1表示(其中c为甲醛浓度)，下表为常温下甲醛的浓度随吹脱时间变化数据。

浓度(mg・L-i)100008000400020001000

吹脱时间(h)07233955

则当甲醛浓度为2000mgLF时，其吹脱速率。=mg-L-^h1,分析

上表数据，起始浓度为10000mg・L-i,当甲醛浓度降为5000mgLr时，吹脱

时间为ho

［解析］⑴根据盖斯定律计算反应II的反应热AH2=AHi+AH3=-241.8

kJ-mol-1+85.2kJ"mol-1=-156.6kJ-mol-1o

(2)若起始压强为po,达到平衡转化率为a,

CH30H(g),~iHCHO(g)+H2(g)

起始量(mol):100

变化量(mol):<z<za

平衡时(mol):1—(zaa

压强之比等于物质的量之比，则po：p平=1：(1+a),p平=。0(1+“)；当po

(而。尸

=101kPa,测得a=50.0%,计算反应平衡常数Kp—/二----=

(7^h)2X101kPa

-------\_--------=50.5kPa

1-0.5o

1+0.5

(3)①从平衡角度可知，550℃~650°C甲醇生成甲醛的转化率随温度升高

的原因是甲醇脱氢反应为吸热反应，升高温度，有利于脱氢反应向正反应方向进

行。②由盖斯定律，历程i+历程ii+历程iv得CH30H(g)=^HCHO(g)+

H2(g),前两者吸收能量，历程iv放出能量，总反应CH30H(g)>—HCHO(g)+

H2(g)是吸热反应，故历程i的活化能小于总反应的活化能。③由图可知650℃~

750°C时，甲醇的转化率变大，但甲醛的选择性变小，反应历程ii的速率小于反

应历程道的速率。

(4)当甲醛浓度为2000mg-L-1时，吹脱速率0=0.0423cmg-L-1-h-1=0.042

3X2000mg-L-1-h-1=84.6mgL-1^-1;根据甲醛浓度减少量和时间之间关系作

图：

从图中读出当甲醛浓度减少量为5000mg［r时，所耗时间约为16h。

［答案］(1)—156.6kJmoF1(20(1+«)50.5(3)甲醇脱氢反应为吸热

反应，升高温度，有利于脱氢反应向正反应方向进行vv(4)84.616

4.(2019•泸州二模)当发动机工作时，反应产生的NO尾气是主要污染物之

一，NO的脱除方法和转化机理是当前研究的热点。请回答下列问题：

(1)已知：

2NO(g)+O2(g)=2NO2(g)AHi=-113kJ-mol-1

1

6NO2(g)+O3(g)==3N2O5(g)AH2=-227kJmol

4NOz(g)+O2(g)=2N2Os(g)A%=-57kJ*mol-1

则2O3(g)==3O2(g)M反应(填“放热”或“吸热”)，以上03氧

化脱除氮氧化物的总反应是NO(g)+O3(g)=NO2(g)+O2(g)AH4=

kJmol1最后将NO2与剂反应转化为无污染的气体而脱除。

(2)已知：2NO(g)+€>2(g)-—2N€>2(g)的反应历程分两步：

正反应速率方逆反应速

步骤反应活化能

程率方程

2NO(g).一小逆=

IEal01正=HC2(NO)

N2O2(g)(快)k2・C(N2()2)

N2O2(g)+O2(g)^^正=外逆=

IIEa2

k3・C(N2()2)・C(O2)M・C2(NO2)

2NO2(g)(慢)

①表中心、依、他、心是只随温度变化的常数，温度升高将使其数值

(填“增大”或“减小”)。

②反应I瞬间建立平衡，因此决定2NO(g)+€>2(g)-^2N€h(g)反应速率快

慢的是反应II,则反应I与反应II的活化能的大小关系为Eal邑2(填

或“=")，请依据有效碰撞理论微观探析其原因

③一定温度下，反应2NO(g)+O2(g)-^2N€>2(g)的速率方程为P正="2

(NO)-C(O2)则左=(用左1、左2、他表示)。

(3)将一定量的Nth放入恒容密闭容器中发生下列反应:2NO2(g)；—^2NO(g)

+O2(g)测得其平衡转化率“(NO》随温度变化如图所示，从b点到a点降温

平衡将向移动。图中a点对应温度下，NO2的起始压强为160kPa该

温度下反应的平衡常数Kp=(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=

总压X物质的量分数)。

[解析](1)已知：①2NO(g)+O2(g)=2NC)2(g)AHi=—113kJ*mol1,

1

②6NO2(g)+O3(g)=3N2€>5(g)AH2=-227kJmoF

③4NO2(g)+O2(g)=2N2C)5(g)A%=-57kJ*mol-1

根据盖斯定律②X2—③X3得④2O3(g)=3€>2(g)AH=-283kJ-mol1,

因AH<0,所以为放热反应；根据盖斯定律(①+①)+2得NO(g)+O3(g)=NO2(g)

+O2(g)AH4=[(—113k『mo「i)+(—283k『mo「)]+2=—198k『mo「，最后

将NO2与还原剂反应转化为无污染的气体N2而脱除。

(2)①温度升高化学反应速率加快，所以温度升高将使品、依、依、44值增

大；②反应I反应速率快，反应n反应速率慢。根据碰撞理论，活化能越低，则

在相同条件下单位体积内活化分子数越多，有效碰撞几率就越大，化学反应速率

就越快。因此，反应I与反应n的活化能的大小关系为Eal〈Ea2,③步骤I反应：

2NO(g)=^N2()2(g),01正=AIC2(NO),小逆=42。网2。2),步骤n反应：N2O2(g)

+02(g)2N€>2(g),02正=A3C(N2O2)C(O2),步骤I反应+步骤II反应得总反

应：2NO(g)+O2(g)—2NO2(g)r正=炭而力义A；3C(N2O2)c(O2)=

^^•C2(NO)-C(O2)=A;-C2(NO)-C(O2),故左=华^。

K2rt2

(3)根据反应2NO(g)+€>2(g)==2NO2(g)AHi=~113kJmoF1为放热反

应，则反应2NO2(g)^—^2NO(g)+€>2(g)为吸热反应，从b点到a点降温平衡将

向左移动。图中a点对应温度下，Nth的起始压强为160kPa,设起始时NO2

的物质的量为a,则

2N€h(g)J一2NO(g)+O2(g)

起始(mol)a00

转化(mol)0.6a0.6a0.3a

平衡(mol)0.4a0.6a0.3a

平衡时总物质的量为0.4a+0.6a+0.3a=1.3a,恒温恒容条件下，压强之比

等于物质的量之比，平衡时总压强为160kPa火二一=208kPa,平衡时Nth、

NO和O2的平衡分压分别为208kPaX古=64kPa、208kPaXh=96kPa、208

kPaX7^=48kPa,/(NO)。。)962*48

Kp==108kPao

p2(NO2)

［答案］(1)放热一198还原(2)①增大②<活化能低，同条件下单

位体积内活化分子数多，有效碰撞几率大，速率快③警(3)左108kPa

5.(2019•九师联盟联考)乙烯是合成纤维、合成橡胶、合成塑料、合成乙醇

的基本化工原料。回答下列问题：

(1)乙烷裂解制备乙烯越来越受到石化企业的重视。已知部分热化学方程式

如下：

I.C2H6(g)^^C2H4(g)+H2(g)AH1=+137kJmoF1

II.CO2(g)+H2(g)----CO(g)+H2O(g)A%=+42kJ-mol-1

III.C2H6(g)+CO2(g)C2H4(g)+CO(g)+H2O(g)AH3

1

①反应III的\H3=kJmoFo

②若在1273K时,100kPa下反应(I)达到平衡时,混合气体中C2H4、C2H6、

H2的物质的量分别为0.047、0.006、0.047,则乙烯的分压为p(C2H6=

kPa；平衡常数4弋(%为以分压表示的平衡常数，计算结果保留1位

小数)。

③恒温恒容密闭容器中进行的反应（II）,能说明已达到平衡状态的是

（填字母）。

a.压强不再随时间变化

b.混合气体密度不再随时间变化

c.O（H2）正="CO）逆

d.单位时间内断裂C=O的数目与断裂H—O的相等

④乙烷直接裂解以及与CO2耦合裂解可能发生的反应及平衡转化率（㈤与温

度（。的关系分别如下图所示，已知：a.C2H6.~^C2H4+H2；

b.C2H6+CO2.~~C2H4+CO+H2O；

c.C2H6+2CO2^^4CO+H2；

d.2C2H6+CO2^C2H4+2CO+2H2+CH4；

e.16C2H6+9CO2.-14C2H4+12CO+12H2+6H2O+CH4o

.——।——।——«——।——

420480540600660720780840

T/℃

下列说法正确的是（填字母）。

a.600℃以下，反应a的趋势最大

b.CO2和C2H6耦合裂解有利于提高乙烷的平衡转化率

C.过量CO2和c2H6耦合高温裂解，可较好防止催化剂表面结炭

d.用合适的催化剂催化CO2和C2H6耦合裂解，可提高反应平衡常数

（2）以太阳能电池为电源，利用电解法也可实现CO2制备乙烯，其装置如图

所示。电极a为电源的（填“正极”或“负极”）,生成乙烯的电极反应

式为_____________________________________________________

质子交换膜

［解析］⑴①反应IU=反应I+反应II,则\H3=AH1+AH2=+179kJmol

-1

②在1273K时，100kPa下反应(I)达到平衡时，混合气体中C2H4、C2H6、

)

H2的物质的量分别为0.047、0.006、0.047,乙烯的分压为p(C2H4=

X100kPa=47kPa;

0.047+006+0.047P(C2H6)=6kPa,pg)=47kPa,平衡

47kPa义47kPa

常数Kp==368.2kPa

6kPao

③反应(H)反应前后气体数目不变，压强一直恒定，故压强不再随时间变化

不能说明已达到平衡状态，a错误；反应物和生成物全是气体，由质量守恒可知

气体质量不变。且恒容密闭容器，由密度=气体质量+容器体积，可知密度一直

恒定，故混合气体密度不再随时间变化不能说明已达到平衡状态，b错误。

④600°C以下，反应e的a(C2H6)最大，故反应e的趋势最大，a错误；d平

衡常数仅受温度影响，催化剂不会改变平衡常数，d错误。

(2)与电极a相连的电极上CO2转化为乙烯，碳元素的化合价降低，得到电

子，发生还原反应，作为阴极，故电极a为电源的负极，生成乙烯的电极反应式

为2co2+12H++12e==CH2=CH2+4H2O。

［答案j⑴①+179②47368.2③cd@bc

+-

(2)负极2cCh+12H+12e=CH2=CH2+4H2O

6.(2019・临沂模拟)氮及其化合物与人类生产、生活密切相关。

(1)在373K时，向体积为2L的恒容真空容器中通入0.40molNO2,发生

反应：2NO2(g).一^N2O4(g)AH=-57.0kJ-moF^测得NO2的体积分数

［夕(Nth)］与反应时间⑺的关系如下表：

t/min020406080

研NO2)1.00.750.520.400.40

①0~20min内，0网2。4)=mobL^min1。

2

②上述反应中，v(NO2)=fcrc(NO2),r(N2O4)=fc2-c(N2O4),其中后、依为

速率常数，则373K时，品、42的数学关系式为-改变温度至八时，

kx=k2,则Ti373K(填“>”或“=”)。

(2)连二次硝酸(H2N2O2)是一种二元弱酸。25℃时，向100mL0.1mol-L1

H2N2O2溶液中加入VmL0.1mol-L1NaOH溶液。(已知25℃时，连二次硝酸

的&1=10,&2=1012)

①若V=100,则所得溶液中C(H2N2€>2)c(N2€>r)(填“〈”或

“=通过计算解释原因___________________________________

②若V=200,则