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1、上海【化学】化学化学反应原理综合考查的专项培优练习题一、化学反应原理综合考查1 碳、氮及其化合物在化工生产和国防工业中具有广泛应用。请回答：（ 1）科学家研究利用某种催化剂，成功实现将空气中的碳氧化合物和氮氧化合物转化为无毒的大气循环物质。已知：N2(g)+O2 (g)2NO(g) H1 =+180kJmol -1NO2(g)+CO(g)NO(g)+CO2 (g)H2=-235kJ mol -12NO(g)+O2(g)2NO2(g)H3=-112kJ mol -1则反应 2NO(g)+2CO(g)N22H=_kJ mol-1 ，有利于提高CO平衡转化率的条(g)+2CO (g)的件是 _（填标
2、号）。A 高温低压B 低温高压C 高温高压 D低温低压某温度下，在体积为 2L 的容器中加入2molNO 、2molCO，达到平衡时CO 的转化率是50%，其平衡常数为 _。（2）在密闭容器中充入10molCO 和 8molNO ，发生反应，如下图为平衡时NO 的体积分数与温度，压强的关系。由图判断，温度T1 _T2（填 “低于 ”或“高于 ”），理由是 _？升高温度时，下列关于该反应的平衡常数（ K）和速率（ v）的叙述正确的是_填标号）。A K、V 均增加B K 增加， v 减小C K 减小， V 增加D K、 V 均减小压强为 20MPa、温度为 T2 下，若反应进行到10min 达到平
3、衡状态，容器的体积为2L，则此时 CO 的转化率 =_，用 CO2 的浓度变化表示的平均反应速率v(CO2)=_，该温度下，如图所示 A、 B、 C 对应的 pA 2B2C2(CO )、p (CO )、 p (CO )从大到小的顺序为 _。若在 D 点对反应容器降温的同时缩小体积至体系压强增大，重新达到的平衡状态可能是图中 A G 点中的 _点。（3）用活化后的V2O5 作催化剂，氨气将NO 还原成 N2 的一种反应历程如图所示。测得该反应的平衡常数与温度的关系为1gK=5.08+217.5/T ，该反应是热”)。该反应的含氮气体浓度随温度变化如图所示，则将NO 转化为当温度达到700K 时，
4、发生副反应的化学方程式_。_反应 (填“吸热 ”或 “放N2 的最佳温度为_；【答案】 -762 B1 低于)该反应为放热反应，其他条件相同时，升高温度有利于反应向逆反应方向移动，图中T2对应的 NO 的体积分数更高，所以对应的温度也更高C10%0.05mol (Lmin)-1p (CO ) p (CO ) p (CO ) G 放热600K 4NH +5O4NO+6H OC2B2A2322【解析】【分析】(1)由 N2(g)+O2(g)?2NO(g)H1 =+180kJ mol -1NO2(g)+CO(g) NO(g)+CO2(g)H2=-235kJ mol -1?2NO(g)+O223-1(
5、g)?2NO (g)H =-112kJ mol结合盖斯定律可知，2-得到反应2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO(g)；有利于提高CO?平衡转化率的条件根据反应是放热还是吸热、该反应气体体积缩小的角度进行分析；用“三生成物浓度幂之积段式 ”法分析反应后各物质的浓度，化学反应平衡常数K= ；反应物浓度幂之积(2)该反应是放热反应，温度越高，平衡逆向移动，NO 的体积分数越大；升高温度时，反应向吸热方向进行；用 “三段式 ”法分析反应后各物质的浓度，计算CO 的转化率和用CO2 的浓度变化表示的平均反应速率；该反应是气体体积减小的反应，压强越大，平衡正向移动，p(CO2 )越大；D 点对
6、反应容器降温的同时缩小体积至体系压强增大，平衡正向移动，NO 的体积分数减小；(3)1gK5.08 217.5/ T，可知温度越高，当温度达到700K 时 NO 较多。K 越小；由图可知600K 最适合将NO 转化为N2，【详解】(1)由 N2(g)+O2(g)?2NO(g)H1 =+180kJ mol -1NO2(g)+CO(g) NO(g)+CO2(g)H2=-235kJ mol -1?2NO(g)+O2(g)?2NO2(g)H3 =-112kJ mol-1结合盖斯定律可知，2-得到反应2NO(g)+2CO(g) N(g)+2CO(g)，其H? 2(-235kJ/mol) 2(-112kJ
7、/mol)-( 180kJ/mol) -762kJ/mol ，则该反应是放热反应、气体体积缩小，有利于提高CO 平衡转化率的条件是低温高压；某温度下，在体积为2L 的容器中加入 2molNO 、 2molCO，达到平衡时CO的转化率是50%，列 “三段式 ”得：2NO g+ 2CO g ?N 2 g+ 2CO 2 g起始量 (mol/L)1100转化量 (mol/L)0.51 50%0.250.5平衡量 (mol/L)0.50.50.250.5c(N 2 )c2 (CO 2 )0.250.52化学反应平衡常数K= c2 (NO) c2 (CO) =0.520.52 =1；(2)该反应为放热反应
8、，其他条件相同时，升高温度有利于反应向逆反应方向移动，图中T 对应的 NO 的体积分数更高，所以对应的温度也更高，则温度T 低于 T ；升高温度时，212反应向吸热方向进行，化学平衡常数减小，化学反应速率增加；压强为 20MPa、温度为 T2下，若反应进行到10min 达到平衡状态， NO 体积分数为40%，容器的体积为2L，设平衡时 c(N2)=xmol/L ，用 “三段式 ”法分析得：2NO g+ 2CO g?N 2 g +2CO 2g起始量 (mol/L)4500转化量 (mol/L)2x2xx2x平衡量 (mol/L)4-2x5-2xx2x4-2x100% =40%，解得 x=0.25
9、， CO 的转化率为(4-2x)+(5-2x)+x+2x2 0.25220.25mol/L=0.05mol (Lmin)-1 ；该反应是气体体积减小5100% =10%， v(CO )=10min的反应，压强越大，平衡正向移动，p(CO2)越大， A、 B、 C 对应的压强依次增大，则A、B、 C 对应的 pA(CO2 )、 pB(CO2)、 pC(CO2)从大到小的顺序为 pC(CO2) pB(CO2) pA(CO2)；D 点对反应容器降温，平衡正向移动，缩小体积至体系压强增大，平衡正向移动，NO 的体积分数减小，重新达到的平衡状态可能是图中AG 点中的 G 点。(3)lgK 5.08 21
10、7.5/T，可知温度越高， K 越小，则正反应为放热反应；由图可知，将NO转化为 N2的最佳温度为 600K，当温度达到 700K 时，发生副反应的化学方程式为4NH3+5O24NO+6H2O。【点睛】把握 K 的意义、盖斯定律、图象分析为解答的关键，注意 (2)为解答的难点，正确分析题目信息结合勒夏特列原理、化学平衡三段式解答。2 铁及铁的氧化物广泛应于生产、生活、航天、科研领域。(1)铁氧化合物循环分解水制H2已知： H2221 285.5 kJ/molO(l)=H (g)O (g)H6FeO(s)O2(g) =2Fe3O4(s)H2 313.2 kJ/mol则： 3FeO(s) H223
11、 43O(l)=H (g) Fe O (s)H _(2)Fe O与 CH 反应可制备 “纳米级 ”金属铁，其反应为：3CH (g) Fe O (s)2Fe(s) 2344236H (g) 3CO(g)H42此反应的化学平衡常数表达式为_ 。在容积均为VL 的 、 、 三个相同密闭容器中加入足量“纳米级 ”金属铁，然后分别充入 a molCO 和 2a mol H 2123，三个容器的反应温度分别保持T 、 T 、 T ，在其他条件相同的情况下，实验测得反应均进行到t min 时 CO的体积分数如图1 所示，此时 I、 II、 III 三个容器中一定处于化学平衡状态的是_(选填“ ”“ ”或“
12、” )；制备“纳米级”金属铁的反应：H4 _ 0(填“”或“” )。在 T 下，向某恒容密闭容器中加入 3molCH4(g)和 2mol Fe2O3(s)进行上述反应，反应起始时压强为 P0，反应进行至 10min 时达到平衡状态，测得此时容器的气体压强是起始压强的2 倍。 10 min 内用 Fe2O3(s)表示的平均反应速率为 _g min 1Kp =； T 下该反应的_； T 下若起始时向该容器中加入2molCH4(g)、4mol Fe2 O3(s)、1molFe(s)、2mol H2 (g)、2molCO(g)，则起始时v (正 )_v (逆 ) (填 “ ”、 “ ”或 “ ”)。3
13、反应的离子方程式为4Fe+ NO3+2+4+2(3)纳米铁粉与水中 NO+10H =4Fe+NH+3H O研究发现，若 pH 偏低将会导致NO3 的去除率下降，其原因是_。相同条件下，纳米铁粉去除不同水样中NO3 的速率有较大差异，图2 中所产生的差异的可能原因是 _( 答一条 )。【答案】 128.9 kJ/molc3CO c6H 2806反应Kc3 CH 4 P纳米铁粉与 H生成 H2去除 NO3【解析】【分析】Cu 或 Cu2+催化纳米铁粉去除 NO3 的反应 (或形成的 Fe Cu 原电池增大纳米铁粉的反应速率 )(1)依据题干热化学方程式，结合盖斯定律进行计算；生成物浓度幂之积(2)
14、化学平衡常数= 反应物浓度幂之积； 2Fe(s) 6H2(g) 3CO(g)? 3CH4(g) Fe2O3 (s)，根据图 1 中 、 、 图象， CO 百分含量由小到大的顺序为 ，结合化学平衡移动分析解答；根据温度对平衡的影响来判断，升高温度平衡逆向移动， CO的转化率减小，据此判断H4 大小；在 T 下，向某恒容密闭容器中加入3molCH4(g)和 2mol Fe2O3(s)进行反应： 3CH4(g)Fe2 O3(s)? 2Fe(s) H2(g) 3CO(g)；反应起始时压强为 P0，反应进行至10min 时达到平衡状态，测得此时容器的气体压强是起始压强的2 倍，列出三段式，求用Fe2 O
15、3(s)表示的平均反生成物平衡分压幂次方乘积应速率； Kp；若起始时向该容器中加入 2molCH4(g)、 4mol 反应物平衡分压幂次方乘积Fe2 O3(s)、 1molFe(s)、 2mol H2(g)、 2molCO(g)，根据 QC 与 K 的关系判断反应进行的方向；(3) pH 偏低，氢离子浓度偏大，则铁可与氢离子反应生成氢气；由图 2 可知铜离子浓度越大，去除率越大，铜离子可起到催化作用，也可能形成原电池反应。【详解】(1)已知： H O(l)=H(g)O (g)H 285.5 kJ/mol ； 6FeO(s) O (g)=2Fe O (s)H 22212342313.2 kJ/m
16、ol ； 3FeO(s) H2O(l)=H2(g)Fe3O4(s)H3；由盖斯定律可得：111 = + ，则 H3= H1+ H2 = 285.5 kJ/mol+ (313.2 kJ/mol)= 128.9 kJ/mol ；222(2)3CH4(g)Fe2O3(s) 2Fe(s) 6H2 (g)3CO(g)?的化学平衡常数表达式为Kc3 CO c6 H 2；c3CH 4在容积均为VL 的 、 、 三个相同密闭容器中加入足量“纳米级 ”金属铁，然后分别充入 a molCO 和 2a mol H 22(g)42 3中，发生反应 2Fe(s) 6H3CO(g)? 3CH (g) Fe O (s)，根
17、据图 1、 、 图象， CO百分含量由小到大依次为： ， T1 中的状态转变成 T2 中的状态， CO百分含量减小，说明平衡正向移动，说明T1 未达平衡状态， T2 中的状态转变成T3 中的平衡状态， CO百分含量增大，说明平衡逆向移动，说明T2 可能达平衡状态，一定达到化学平衡状态的是 ； 2Fe(s) 6H2(g) 3CO(g)? 3CH4 (g) Fe2O3(s)，该反应正反应为放热反应，则上述反应3CH42 324(g) Fe O (s)? 2Fe(s) 6H (g) 3CO(g)的 H 大于 0；在 T 下，向某恒容密闭容器中加入3molCH4(g)和 2mol Fe2O3(s)进行
18、上述反应，反应起始时压强为 P0，反应进行至 10min 时达到平衡状态，测得此时容器的气体压强是起始压强的2 倍，设消耗甲烷的物质的量为xmol ，则：3CH 4 (g) +Fe2O 3 (s)?2Fe(s) +6H 2 (g) +3CO(g)初始 (mol)32000变化 (mol)x1 x2xx平衡 (mol)3-x32xx压强之比为气体物质的量之比，则平衡时气体物质的量为6mol ，列式为3-x+2x+x 6，解得 x 1.5mol ， 10 min 内用 Fe2O3(s)表示的平均反应速率为11.5mol 160g/mol3=8g/min ， T下该反应的 Kp10min生成物平衡分
19、压幂次方乘积p6H 2p3COP0 6 ( 1 P0 )326=；假设容器的体积为p3CH 41=P0反应物平衡分压幂次方乘积(P0 )321L，则在 T 下，平衡时有 1.5molCH4(g)，3molH 2(g)， 1.5molCO(g)，该反应的平衡常数 K=36）（） （cCOcH 2=3）（cCH 41.53366；若起始时向该容器中加入2molCH42 3(s)、1.53=3(g)、 4mol Fe O36）3（） （2cCOcH 221molFe(s)(g)2molCO(g)C=、2mol H， Q3、）（cCH 42362=26v (逆)；(3) pH 偏低，氢离子浓度偏大，则
20、铁可与氢离子反应生成氢气，可导致NO3-的去除率下降；由图 2 可知铜离子浓度越大，去除率越大，铜离子可起到催化作用，也可能形成原电池反应。【点睛】本题 (2)判断正逆反应速率相对大小时，要注意应用等效平衡的思想判断正逆反应进行的方向。3 丙烯腈（ CH2=CHCN）是一种重要的化工原料，工业上可用“丙烯氨氧化法 ”生产，主要副产物有丙烯醛（CH2=CHCHO）和乙腈（ CH3CN）等，回答下列问题：(1)以丙烯、氨、氧气为原料，在催化剂存在下生成丙烯腈（C3H3N）和副产物丙烯醛（C3H4O）的热化学方程式如下：CH (g)+NH (g)+3O (g)=C H N(g)+3H O(g)H=-
21、515kJ/mol36323322CH (g)+O (g)=C H O(g)+H O(g)H=-353kJ/mol362342两个反应在热力学上趋势均很大，其原因是_；有利于提高丙烯腈平衡产率的反应条件是 _；提高丙烯腈反应选择性的关键因素是_。(2)图（ a）为丙烯腈产率与反应温度的关系曲线，最高产率对应温度为460。低于 460时，丙烯腈的产率_（填“是”或者“不是”）对应温度下的平衡产率，判断理由是_；高于460时，丙烯腈产率降低的可能原因是_（双选，填标号）A催化剂活性降低B平衡常数变大C副反应增多D反应活化能增大(3)丙烯腈和丙烯醛的产率与n （氨） /n （丙烯）的关系如图（b）所
22、示。由图可知，最佳n（氨） /n （丙烯）约为1 理由是 _ 。进料氨、空气、丙烯的理论体积约为_。【答案】两个反应均为放热量大的反应降低温度 ,降低压强 ,催化剂不是该反应为放热反应，平衡产率应随温度升高而降低AC1 该比例下丙烯腈产率最高，而副产物丙烯醛产率最低1： 7.5： 1【解析】【分析】(1)依据热化学方程式方向可知，两个反应均放热量大，即反应物和生成物的能量差大，因此热力学趋势大；有利于提高丙烯腈平衡产率需要改变条件使平衡正向进行，提高丙烯腈反应选择性的关键因素是催化剂；(2)因为该反应为放热反应，平衡产率应随温度升高而降低，即低于460时，对应温度下的平衡转化率曲线应该是下降的
23、，但实际曲线是上升的，因此判断低于460时，丙烯腈的产率不是对应温度下的平衡转化率；产率降低主要从产率的影响因素进行考虑；(3)根据图像可知，当n（氨） /n （丙烯）约为1 时，该比例下丙烯腈产率最高，而副产物丙烯醛产率最低，根据化学反应氨气、氧气、丙烯按1： 1.5：1 的体积比加入反应达到最佳状态，依据氧气在空气中约占20%计算条件比。【详解】(1)两个反应在热力学上趋势均很大，两个反应均放热量大，即反应物和生成物的能量差大，因此热力学趋势大；该反应为气体体积增大的放热反应，所以降低温度、降低压强有利于提高丙烯腈的平衡产率，提高丙烯腈反应选择性的关键因素是催化剂；(2)因为该反应为放热反
24、应，平衡产率应随温度升高而降低，即低于460时，对应温度下的平衡转化率曲线应该是下降的，但实际曲线是上升的，因此判断低于460时，丙烯腈的产率不是对应温度下的平衡转化率高于460 C 时，丙烯腈产率降低；A催化剂在一定温度范围内活性较高，若温度过高，活性降低，A 正确；B该反应放热，升高温度，平衡逆向移动，平衡常数变小，B 错误；C根据题意，副产物有丙烯醛，催化剂活性降低，副反应增多，导致产率下降，C 正确；D反应活化能的大小不影响平衡，D 错误；综上 AC 符合题意；(3)根据图象可知，当n（氨） /n （丙烯）约为1 时，该比例下丙烯腈产率最高，而副产物3丙烯醛产率最低；根据反应C3H6(
25、g)+NH3(g)+O2(g)=C3H3N(g)+3H2O(g)，氨气、氧气、丙烯2按 1： 1.5： 1 的体积比加入反应达到最佳状态，而空气中氧气约占20%，所以进料氨、空气、丙烯的理论体积约为：1： 1.5： 1=1： 7.5：1。20%4 资源化利用CO2 ，不仅可以减少温室气体的排放，还可以获得燃料或重要的化工产品。( 1) CO2 的捕集：CO2 属于 _分子 ( 填“极性”或“非极性”) ，其晶体( 干冰 ) 属于 _晶体。用饱和 Na2CO3 溶液做吸收剂可“捕集”CO2 。若所得溶液 pH10 ，溶液中c HCO 3- :c CO32-= _； ( 室温下， H 2CO 3
26、的 K 14 10 7 ;K 2 510 11) 若吸收剂失效，可利用NaOH 溶液使其再生，写出该反应的离子方程式_。聚合离子液体是目前广泛研究的 CO吸附剂。结 合下图 分析聚合离子液体吸附CO的有22利条件是 _。( 2) 生产尿素：工业上以 CO2 、 NH 3 为原料生产尿素 CO NH 2 2，该反应分为二步进行：第一步： 2NH 3 (g) CO 2 (g) ?H 2 NCOONH 4 (s)H= 159.5kJ/ mol第二步： H 2 NCOONH 4 (s) ?CO NH 2 2 (s) H 2O(g)H72.5kJ/ mol写出上述合成尿素的热化学方程式_。( 3) 合成
27、乙酸：中国科学家首次以CH 3OH 、 CO2 和 H 2 为原料高效合成乙酸，其反应路径如图所示：原料中的 CH 3OH 可通过电解法由CO2 制取，用稀硫酸作电解质溶液，写出生成CH 3 OH 的电极反应式： _。根据图示 ，写出总反应的化学方程式：_。【答案】非极性分子 2 :1HCO 3OHH 2OCO 32低温，低流速 ( 或 25，10mLmin 1 )2NH 3 (g)CO2 (g) ?CO NH 22 (s) H 2O(g)H= 87.0kJ/ molCO 26e 6HCH 3OHH 2OCHOH+CO+HLil 、 RH*CHCOOH+H O32232【解析】【分析】【详解】
28、（ 1）极性分子是指分子中正负电荷中心不重合，从整个分子来看，电荷的分布是不均匀的，不对称的，而非极性分子是指原子间以共价键结合，分子里电荷分布均匀，正负电荷中心重合的分子，CO2 是非金属氧化物，其结构式为：O=C=O，属于非极性分子，干冰是固态二氧化碳，属于分子晶体，故答案为：非极性；分子。根据 K 2c Hc CO32， c HK 2c HCO 310 10 mol L1，则c HCO 3c CO32c HCO 310102 :1 ；饱和 Na2 323CO 溶液做吸收剂“捕集”CO 生成 NaHCO 而失效，c5 10 11CO23NaHCO 是酸式盐，能与NaOH 反应生成 Na C
29、O 和 H O，其离子反应方程式为：3232HCO3- +OH- =H2O+CO32- ，故答案为： 2: 1； HCO3 - +OH- =H2O+CO32- 。观察图 1 可知，温度相对越低、气体流速越慢，聚合离子液体吸附CO2 越彻底、效果越好，即吸附 CO2 的有利条件温度为25或低温，气体流速为10mL?min - 1 或低流速，故答案为：低温，低流速( 或 25， 10mL?min - 1) 。（2）已知： 2NH 3 (g) CO2 (g) ? H 2NCOONH 4 (s)H=159.5kJ/ mol ； H 2 NCOONH 4 (s) ?CO NH 22 (s)H 2O(g)
30、H72.5kJ/ mol ；根据盖斯定律， +可得合成尿素的热化学方程式：2NH 3 (g)CO2 (g) ?CONH 22 (s)H 2 O(g)H=87.0kJ/ mol ，故答案为：2NH 3 (g)CO2 (g) ?CONH 22 (s)H 2 O(g)H=87.0kJ/ mol 。（3）电解时 CO2在阴极得到电子生成3CH OH，结合酸性条件写出阴极电极反应式为：CO 26e6HCH 3OHH 2O ，故答案为： CO26e6HCH 3OH H 2 O 。根据图示可知，CH3OH、 CO2 和 H2 在 LiI、 Rh* 作用下生成了乙酸，根据原子守恒写出化Lil 、 RH*学反应
31、方程式为：CHOH+CO+H322CHCOOH+H32 O，故答案为：Lil 、RH*CHOH+CO+HCHCOOH+H O。322325 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：反应：22321mol-1CO(g)+3H (g)CHOH(g)+H O(g)H =- 49.58kJ反应： CO2(g)+H 2(g)CO(g)+H2O(g)H2233-1反应： CO(g)+2H (g)CHOH(g)H =- 90.77kJ mol回答下列问题：（ 1）反应的H 2=_。（ 2）反应能够自发进行的条件是 _ ( 填“较低温度”、“ 较高温度”或“任何温度”)（ 3）恒温，
32、恒容密闭容器中，对于反应，下列说法中能说明该反应达到化学平衡状态的是 _。A混合气体的密度不再变化B混合气体的平均相对分子质量不再变化C CO2、 H2、 CH3OH、 H2O的物质的量之比为1：3： 1： 1D甲醇的百分含量不再变化（ 4）对于反应，不同温度对 CO2 的转化率及催化剂的效率影响如图所示，下列有关说法不正确的是 _ 。A其他条件不变，若不使用催化剂，则250时 CO2 的平衡转化率可能位于M1B温度低于 250时，随温度升高甲醇的产率增大C M点时平衡常数比 N 点时平衡常数大D实际反应应尽可能在较低的温度下进行，以提高CO2 的转化率（5）若在 1L 密闭容器中充入 3molH2和 1molCO 发生反应， 250时反应的平衡常数2_