高考化学二轮复习讲义 考前特训 (三)化学反应原理

(三)化学反应原理1．环己烷和苯均是重要的化工原料，对环己烷—苯系统的研究既有生产实际价值，也具有理论意义。回答下列问题。(1)环己烷脱氢生苯的热效应研究①已知下列物质的燃烧热数据如下：物质C(s，石墨)H2(g)(g)(g)ΔH/(kJ·mol－1)－393.5－285.6－3264－3920则计算脱氢反应：(g，环己烷)(g)＋3H2(g)的ΔH＝________kJ·mol－1。②利用下列表格中的键能数据计算上述脱氢反应的ΔH时，计算值与实测值差异较大。试从分子结构的角度解释原因：__________________________________________________________________________________________________________________________。化学键C—HC—CC=CH—H键能/(kJ·mol－1)412348612436(2)脱氢生苯的平衡研究将适量环己烷蒸气置于恒压密闭容器中，掺混水蒸气。在不同反应温度下，测得环己烷的平衡转化率如图实线所示：①掺入水蒸气能提高环己烷的平衡转化率，解释说明该事实的原因：________________________________________________________________________。②要提高气态原料的平衡转化率，还可采取的措施是____________(写一条)。(3)脱氢生苯的动力学研究①一定条件下测得在2L恒容容器中单纯进行脱氢反应的n(H2)如下：t/min02.04.06.08.0n(H2)/×10－3mol01.63.55.27.0计算2.0～8.0min内，v(苯)＝________mol·min－1(结果保留两位有效数字)；②在催化剂作用下，产物苯的选择性(指各种可能的有机产物中苯的体积分数)如图中虚线所示。据此判断此时选择最佳温度为__________(填字母)左右。A．450℃ B．550℃C．650℃ D．800℃③在温度较高时，随温度升高环己烷的转化率升高，但苯的选择性降低，可能原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)一定条件下，如图所示装置可实现有机物的电化学储氢。阴极气体产物除环己烷和H2外，无其他有机产物。阴极上苯生成环己烷的电极反应式为______________________；阴极产生H2的物质的量为________mol。2．氨气是重要的化工原料。据《科学》最新报道，我国科学家开发新型催化剂Li4RuH6或Ba2RuH6在温和(低温低压)条件下合成NH3，反应进程如图1、图2所示。工业合成氨原理：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH。(1)已知：N≡N、H—H、N—H的键能分别为945kJ·mol－1、436kJ·mol－1、391kJ·mol－1。工业合成NH3的ΔH＝________kJ·mol－1。(2)图2中与图1能量变化相符的是________(填“曲线a”或“曲线b”)。在某条件下，测得上述反应的E1＝1250kJ·mol－1，则E2＝________kJ·mol－1。(3)合成氨的速率方程为v(NH3)＝kcα(N2)·cβ(H2)·cγ(NH3)(k为速率常数，只与温度、催化剂有关，与浓度无关；α、β、γ为反应级数，可取整数、分数或小数)。测得在一定温度和催化剂作用下，速率与浓度的关系如下表所示：c(N2)/(mol·L－1)c(H2)/(mol·L－1)c(NH3)/(mol·L－1)速率Ⅰ0.10.10.1vⅡ0.20.10.12vⅢ0.20.40.116vⅣ0.40.90.254vⅤ0.4m0.464v则α＝________；β＝__________；γ＝__________；m＝________。(4)向密闭容器中充入1molN2和2.6molH2，在一定条件下合成NH3，相同时间内测得体系中N2的物质的量(mol)与温度、压强的关系如图3所示。①p________(填“>”“<”或“＝”)1.8MPa。②投料比一定时，随着温度升高，不同压强下N2的物质的量趋向相等，其主要原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。③在1.8MPa、373K时，平衡常数Kp＝________MPa－2(提示：用分压计算的平衡常数为Kp，分压＝总压×物质的量分数)。3．近年来，我国大力加强温室气体CO2氢化合成甲醇技术的工业化量产研究，实现可持续发展。在合适的催化剂作用下，二氧化碳可催化加氢制甲醇。(1)已知：①CO2(g)＋H2(g)H2O(g)＋CO(g)ΔH1＝＋41.4kJ·mol－1②CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)ΔH2＝－90.5kJ·mol－1则反应③CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH3＝________kJ·mol－1。(2)若将物质的量之比为1∶3的CO2(g)和H2(g)充入容积为1.0L的恒容密闭容器中发生反应③，不同压强下CO2转化率随温度的变化关系如图所示。①A、B两条曲线的压强分别为pA、pB，则pA____(填“>”“＜”或“＝”)pB；②在曲线A的条件下，起始充入CO2(g)和H2(g)的物质的量分别为1mol、3mol，且c点时K＝300，则c点对应CO2转化率为__________。(3)在p＝4.00MPa、原料气n(H2)∶n(CO2)＝3∶4、合适催化剂的条件下发生反应，温度对CO2转化率、CH3OH产率、CH3OH选择性的影响如图所示。已知：CH3OH选择性＝eq\f(CH3OH产率,CO2转化率)。①CO2转化率随温度升高而增大的原因可能是___________________________________________________________________________________________________________。②CH3OH选择性随温度升高而减小的原因可能是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。③写出240℃时反应①的平衡常数的表达式：__________________________________________________________________________________________________________。(4)除调控合适的温度外，使CH3OH选择性增大的方法有__________________。4．氮氧化物治理是环境学家研究的热点之一。回答下列问题：(1)NH3还原法研究发现NH3还原NO的反应历程如图1。下列说法正确的是________(填字母)。A．Fe3＋能降低总反应的活化能，提高反应速率B．总反应为6NO＋4NH3=5N2＋6H2OC．该反应历程中形成了非极性键和极性键(2)已知有关反应如下：①C(s)＋O2(g)=CO2(g)ΔH1＝－393.5kJ·mol－1②CO2(g)＋C(s)=2CO(g)ΔH2＝＋172.5kJ·mol－1③NO和CO反应的能量变化如图2所示。2NO(g)=N2(g)＋O2(g)ΔH＝______kJ·mol－1。(3)H2还原法已知催化剂Rh表面H2催化还原NO的反应机理如表所示，其他条件一定时，决定H2催化还原NO的反应速率的基元反应为________(填序号)。序号基元反应活化能Ea/(kJ·mol－1)①H2(g)＋Rh(s)＋Rh(s)=H(s)＋H(s)12.6②2NO(g)＋Rh(s)=2NO(s)0.0③NO(s)＋Rh(s)=N(s)＋O(s)97.5④H(s)＋O(s)=OH(s)＋Rh(s)83.7⑤HO(s)＋H(s)=H2O(s)＋Rh(s)33.5⑥H2O(s)=H2O(g)＋Rh(s)45.0⑦N(s)＋N(s)=N2(s)＋Rh(s)＋Rh(s)120.9注明：N2(s)表示N2被吸附在Rh表面上。(4)CO还原法一定温度下，在刚性密闭容器中充入1molNO(g)和1molCO(g)发生反应：2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g)。达到平衡后，再充入amolNO(g)和amolCO(g)，NO的平衡转化率______(填“增大”“减小”或“不变”，下同)，气体总压强________。(5)甲烷还原法一定温度下，在2.0L刚性密闭容器中充入1molCH4和2molNO2，发生反应：CH4(g)＋2NO2(g)CO2(g)＋N2(g)＋2H2O(g)。测得反应时间(t)与容器内气体总压强(p)的变化如表所示。反应时间(t)/min0246810p/(100kPa)4.805.445.765.926.006.00达到平衡时，NO2的转化率为_______