高三二轮高效复习主题巩固卷化学（双选）高考大题整体突破反应原理综合

[课下巩固检测练(二十九)]高考大题·整体突破——反应原理综合(非选择题每题10分)1．(2024·湖北高考)用BaCO3和焦炭为原料，经反应Ⅰ、Ⅱ得到BaC2，再制备乙炔是我国科研人员提出的绿色环保新路线。反应Ⅰ：BaCO3(s)＋C(s)⥬BaO(s)＋2CO(g)反应Ⅱ：BaO(s)＋3C(s)⥬BaC2(s)＋CO(g)回答下列问题：(1)写出BaC2与水反应的化学方程式：_____________________________________________________________。(2)已知Kp＝(pco)n、K＝(eq\f(pco,105Pa))n(n是CO的化学计量数)。反应Ⅰ、Ⅱ的lgK与温度的关系曲线如图1。①反应BaCO3(s)＋4C(s)⥬BaC2(s)＋3CO(g)在1585K的Kp＝________Pa3。②保持1320K不变，假定恒容容器中只发生反应Ⅰ，达到平衡时pco＝________Pa，若将容器体积压缩到原来的eq\f(1,2)，重新建立平衡后pco＝________Pa。(3)恒压容器中，焦炭与BaCO3的物质的量之比为4∶1，Ar为载气。1400K和1823K下，BaC2产率随时间的关系曲线依实验数据拟合得到图2(不考虑接触面积的影响)。①初始温度为900K，缓慢加热至1400K时，实验表明BaCO3已全部消耗，此时反应体系中含Ba物种为________。②1823K下，反应速率的变化特点为_______________________________。其原因是________________________________________________________。解析：(2)①将BaCO3(s)＋4C(s)⥬BaC2(s)＋3CO(g)记为反应Ⅲ，由盖斯定律可知，反应Ⅲ＝反应Ⅰ＋反应Ⅱ，根据方程式相加，K相乘的原则，有KⅢ＝KⅠ·KⅡ。由图1可知，1585K时lgKⅠ＝2.5，lgKⅡ＝－1.5，则该温度下KⅢ＝102.5×101.5＝10。根据Kp＝(pco)n、K＝(eq\f(pco,105Pa))n可知，Kp＝K×(105Pa)n，其中n为方程式中CO的化学计量数。反应Ⅲ中CO的化学计量数为3，因此反应Ⅲ的Kp＝KⅢ×(105Pa)3＝1016Pa3。②由图1可知，1320K时，lgKⅠ＝0，即KⅠ＝1。反应Ⅰ中CO的化学计量数为2，则该温度下，Kp(Ⅰ)＝KⅠ×(105Pa)2＝1010Pa2。根据反应Ⅰ可知，其分压平衡常数表达式为Kp(Ⅰ)＝peq\o\al(2,co)，因此平衡时pco＝eq\r(Kp(Ⅰ))＝eq\r(1010Pa2)＝105Pa。平衡常数只与温度有关，将容器体积压缩到原来的eq\f(1,2)，Kp(Ⅰ)不变，则pco不变，仍为105Pa。(3)①由图2可知，1823K下，BaC2产率随着时间的延长不断增加至接近100%，而1400K下，BaC2产率始终为0，说明反应Ⅱ在1400K以下没有发生，而BaCO3全部消耗，说明反应Ⅰ已完全进行，生成BaO，故此时体系中含Ba物种为BaO。②图2的横坐标为时间，纵坐标为BaC2产率，则图像的斜率可代表反应速率。答案：(1)BaC2＋2H2O=Ba(OH)2＋C2H2↑(2)①1016②(3)①BaO②t1～t2阶段净反应速率为正值且恒定不变，t2后反应达到平衡，净反应速率恒为0反应物均为固体，固体的浓度为定值，不会随着消耗而发生改变2．(2024·全国卷甲)甲烷转化为多碳化合物具有重要意义。一种将甲烷溴化再偶联为丙烯(C3H6)的研究所获得的部分数据如下。回答下列问题：(1)已知如下热化学方程式：CH4(g)＋Br2(g)=CH3Br(g)＋HBr(g)ΔH1＝－29kJ·mol13CH3Br(g)=C3H6(g)＋3HBr(g)ΔH2＝＋20kJ·mol1计算反应3CH4(g)＋3Br2(g)=C3H6(g)＋6HBr(g)的ΔH＝________kJ·mol1。(2)CH4与Br2反应生成CH3Br，部分CH3Br会进一步溴化。将8mmolCH4和8mmolBr2通入密闭容器，平衡时，n(CH4)、n(CH3Br)与温度的关系如图(假设反应后的含碳物质只有CH4、CH3Br和CH2Br2)。(ⅰ)图中CH3Br的曲线是________(填“a”或“b”)。(ⅱ)560℃时，CH4的转化率α＝________，n(HBr)＝________mmol。(ⅲ)560℃时，反应CH3Br(g)＋Br2(g)=CH2Br2(g)＋HBr(g)的平衡常数K＝________。(3)少量I2可提高生成CH3Br的选择性。500℃时，分别在有I2和无I2的条件下，将8mmolCH4和8mmolBr2通入密闭容器，溴代甲烷的物质的量(n)随时间(t)的变化关系如图。(ⅰ)在11～19s之间，有I2和无I2时CH3Br的生成速率之比eq\f(v（有I2）,v（无I2）)＝________。(ⅱ)从图中找出I2提高了CH3Br选择性的证据：_______________________________________________________________________________。(ⅲ)研究表明，I2参与反应的可能机理如下：①I2(g)=·I(g)＋·I(g)②·I(g)＋CH2Br2(g)=IBr(g)＋·CH2Br(g)③·CH2Br(g)＋HBr(g)=CH3Br(g)＋·Br(g)④·Br(g)＋CH4(g)=HBr(g)＋·CH3(g)⑤·CH3(g)＋IBr(g)=CH3Br(g)＋·I(g)⑥·I(g)＋·I(g)=I2(g)根据上述机理，分析I2提高CH3Br选择性的原因：_______________________________________________________________________________________。解析：(1)根据盖斯定律，目标反应＝第一个反应×3＋第二个反应，则ΔH＝3×ΔH1＋ΔH2＝3×(－29kJ·mol1)＋20kJ·mol1＝－67kJ·mol1。(2)(ⅰ)由ΔH1<0可知，升高温度，该反应的平衡逆向移动，n(CH4)增大，n(CH3Br)减小，故图中CH3Br的曲线是a。(ⅱ)根据题图可知，560℃时，平衡时n(CH4)＝1.6mmol，n(CH3Br)＝5.0mmol，则CH4的转化率α＝eq\f(8mmol－1.6mmol,8mmol)×100%＝80%，CH4的转化量为6.4mmol，故进一步溴化的CH3Br的物质的量为(6.4－5.0)mmol＝1.4mmol，则CH3Br进一步溴化生成的HBr的量为1.4mmol，故n(HBr)＝6.4mmol＋1.4mmol＝7.8mmol。(ⅲ)假设CH4与Br2反应生成CH3Br平衡后CH3Br再进一步溴化，根据题图中的数据，并结合(ⅱ)的分析，列三段式：CH3Br(g)＋Br2(g)=CH2Br2(g)＋HBr(g)eq\o(\s\up7(起始量/),\s\do5(mmol))6.41.606.4eq\o(\s\up7(转化量/),\s\do5(mmol))1.41.41.41.4eq\o(\s\up7(平衡量/),\s\do5(mmol))5.00.21.47.8该反应为气体分子数不变的反应，可用物质的量来计算平衡常数，则K＝eq\f(7.8×1.4,5.0×0.2)＝10.92。(3)(ⅰ)根据图中关于CH3Br的数据可得，v(有I2)＝eq\f((3.2－2.6)mmol,(19－11)s)＝0.075mmol·s1，v(无I2)＝eq\f((2.2－1.8)mmol,(19－11)s)＝0.05mmol·s1，则eq\f(v（有I2）,v（无I2）)＝eq\f(0.075mmol·s1,0.05mmol·s1)＝1.5。答案：(1)－67(2)(ⅰ)a(ⅱ)80%7.8(ⅲ)10.92(3)(ⅰ)1.5(ⅱ)有I2时，CH3Br的量明显提高，CH2Br2的量降低，且约7.5s后，体系中CH3Br的量高于CH2Br2的量(ⅲ)I2产生的·I可将反应后的含碳物质CH2Br2经过反应②③转化为CH3Br；而反应过程中生成的·Br可继续与CH4经过反应④⑤生成CH3Br3．(2024·黑、吉、辽高考)为实现氯资源循环利用，工业上采用RuO2催化氧化法处理HCl废气：2HCl(g)＋eq\f(1,2)O2(g)⥬Cl2(g)＋H2O(g)ΔH1＝－57.2kJ·mol1ΔSK将HCl和O2分别以不同起始流速通入反应器中，在360℃、400℃和440℃下反应，通过检测流出气成分绘制HCl转化率(α)曲线，如图所示(较低流速下转化率可近似为平衡转化率)。回答下列问题：(1)ΔS________0(填“>”或“<”)；T3＝________℃。(2)结合以下信息，可知H2的燃烧热ΔH＝________kJ·mol1。H2O(l)=H2O(g)ΔH2＝＋44.0kJ·mol1H2(g)＋Cl2(g)=2HCl(g)ΔH3＝－184.6kJ·mol1(3)下列措施可提高M点HCl转化率的是________(填字母)。A．增大HCl的流速B．将温度升高40℃C．增大n(HCl)∶n(O2)D．使用更高效的催化剂(4)图中较高流速时，α(T3)小于α(T2)和α(T1)，原因是_______________________________________________________________________________。(5)设N点的转化率为平衡转化率，则该温度下反应的平衡常数K＝________(用平衡物质的量分数代替平衡浓度计算)。(6)负载在TiO2上的RuO2催化活性高，稳定性强。TiO2和RuO2的晶体结构均可用下图表示，二者晶胞体积近似相等，RuO2与TiO2的密度比为1.66，则Ru的相对原子质量为________(精确至1)。解析：(1)该反应反应后气体分子数减少，ΔS<0。该反应为放热反应，达到平衡后，其他条件不变时，升高温度，平衡逆向移动，HCl的平衡转化率降低，由题图知，较低流速下，T3时HCl的转化率最大，故T3＝360℃。(2)将题中已知反应依次编号为①、②、③，根据盖斯定律，由①－②＋③可得：H2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=H2O(l)ΔH＝－57.2kJ·mol1－(＋44.0kJ·mol1)－184.6kJ·mol1＝－285.8kJ·mol1，故H2的燃烧热ΔH＝－285.8kJ·mol1。(3)由题图可知，增大HCl的流速，HCl的转化率降低，A项错误；将温度升高40℃，即升温至400℃，由题图可知，HCl的转化率增大，B项正确；增大n(HCl)∶n(O2)，HCl的转化率减小，C项错误；M点该反应未达到平衡，使用更高效的催化剂，可以加快反应速率，提高HCl的转化率，D项正确。(4)图中较高流速时，反应未达到平衡状态，T3温度低，反应速率慢，且较高流速时，反应物在催化剂表面接触时间短，故HCl的转化率低。(5)N点起始时n(HCl)∶n(O2)＝4∶4，HCl的平衡转化率为80%，设起始时HCl、O2的物质的量均为1mol，列三段式： 2HCl(g)＋eq\f(1,2)O2(g)⥬Cl2(g)＋H2O(g)eq\o(\s\up7(起始量),\s\do5(/mol))1100eq\o(\s\up7(转化量),\s\do5(/mol))0.80.20.40.4eq\o(\s\up7(平衡量),\s\do5(/mol))0.20.80.40.4则该温度下反应的平衡常数K＝eq\f(\f(0.4,1.8)×\f(0.4,1.8),(\f(0.2,1.8))2×(\f(0.8,1.8))\s\up6(\f(1,2)))＝6。(6)二者晶体结构相同，晶胞体积近似相等，则二者密度之比等于摩尔质量之比，设Ru的相对原子质量为Mr，则eq\f(Mr＋32,48＋32)＝1.66，解得Mr≈101。答案：(1)<360(2)－285.8(3)BD(4)反应未达到平衡，T3温度低，反应速率慢，且反应物在催化剂表面接触时间短，相同时间内HCl的转化率低(5)6(6)1014．(2025·江苏南京一模)乙醇是一种清洁的替代能源，催化加氢制备乙醇技术是当前的研究热点。(1)CO2催化加氢制备乙醇的反应为2CO2(g)＋6H2(g)=C2H5OH(l)＋3H2O(l)。①若要计算上述反应的ΔH，须查阅的两个数据是C2H5OH(l)的燃烧热和______________________________________________________。②某金属有机骨架负载的铜基催化剂上，CO2加氢生成C2H5OH的部分反应机理如图所示。C→X过程中两个H－均参与反应，画出X的结构式(注明电荷)___________。(2)乙酸甲酯催化加氢制备乙醇主要涉及如下反应：反应Ⅰ：CH3COOCH3(g)＋2H2(g)⥬C2H5OH(g)＋CH3OH(g)ΔH＝－23.6kJ·mol1反应Ⅱ：2CH3COOCH3(g)＋2H2(g)⥬CH3COOC2H5(g)＋2CH3OH(g)ΔH＝－22.6kJ·mol1在其他条件不变时，将n起始(H2)∶n起始(CH3COOCH3)＝8∶1的混合气体以一定流速通入装有铜基催化剂的反应管，测得CH3COOCH3转化率、C2H5OH选择性[S(C2H5OH)＝eq\f(n(C2H5OH),n转化(CH3COOCH3))×100%]、CH3COOC2H5选择性[S(CH3COOC2H5)＝eq\f(2n(CH3COOC2H5),n转化(CH3COOCH3))×100%]随温度的变化如图所示。①铜基催化剂须含合适物质的量之比的Cu2O与Cu。Cu2O的晶胞如图所示(立方体)，Cu2O晶体的密度可表示为__________g·cm3(用含a、NA的代数式表示，NA表示阿伏加德罗常数的值)。②180～260℃下均有S(C2H5OH)＋S(CH3COOC2H5)<100%，其原因是____________________________________________________________。③180～200℃范围内，CH3COOCH3转化率随温度升高而迅速增大的主要