2015年高中化学星级题库第二章第四节化学反应进行的方向四星题(含解析)新人教版选修4

第二章第四节化学反应进行的方向四星题1．(14分)甲醇是一种重要的化工原料，在生产中有着重要的应用。工业上用天然气为原料，分为两阶段制备甲醇：（i）制备合成气：CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)11206.0kJmolH（ii）合成甲醇：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)2H请回答下列问题：（1）制备合成气：将1.0molCH4和2.0molH2O(g)通入反应室（容积为100L），在一定条件下发生反应（i）；CH4的平衡转化率与温度、压强的关系如图所示。①已知100℃时达到平衡的时间为5min，则从反应开始到平衡，用氢气表示的平均反应速率为：v(H2)=。②图中p1p2（填“”、”“”或“=”）。③为解决合成气中H2过量而CO不足的问题，原料气中需添加CO2，发生反应如下：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)，为了使合成气配比最佳，理论上原料气中甲烷与二氧化碳体积比为。（2）合成甲醇：在Cu2O/ZnO作催化剂的条件下，向2L的密闭容器中通入1molCO(g)和2molH2(g)，发生反应(ii)，反应过程中，CH3OH的物质的量（n）与时间（t）及温度的关系如图所示。①反应（ii）需在（填“高温”或“低温”）才能自发进行。②据研究，反应过程中起催化作用的为Cu2O，反应体系中含少量的CO2有利于维持Cu2O的量不变，原因是（用化学方程式表示）。③在500℃恒压条件下，请在上图中画出反应体系中n(CH3OH)随时间t变化的总趋势图。（3）工业上可通过甲醇羰基化法制取甲酸甲酯，其反应的热化学方程式为：CH3OH(g)+CO(g)HCOOCH3(g)129.1kJmolH，科研人员对该反应进行了研究，部分研究结果如下：①从反应压强对甲醇转化率的影响“效率”看，工业制取甲酸甲酯应选择的压强是。(填“3.5×106Pa”、“4.0×106Pa”或“5.0×106Pa”)。②实际工业生产中采用的温度是80℃，其理由是。【答案】(14分)（1）①0.003mol·L-1min-1（2分）②（1分）③3:1（2分）（2）①低温（1分）②Cu2O+CO2Cu+CO2（2分）③（画出达平衡时间小于2s给1分；画出平衡时纵坐标高于恒容时给1分。共2分。）（3）①4.0×106（2分）②低于80℃，反应速率较小；高于80℃时，温度对反应速率影响较小，又因反应放热，升高温度时平衡逆向移动，转化率降低（答出前者给1分；答出后者即给2分；）【解析】试题分析：（1）①100℃时达到平衡的时间为5min，甲烷的转化率是0.5，则甲烷的浓度减少1.0mol×0.5/100L=5×10-3mol/L，则氢气的浓度增加5×10-3mol/L×3=0.015mol/L，v(H2)=0.015mol/L/5min=0.003mol·L-1min-1；②温度相同时，增大压强，平衡逆向移动，则甲烷的转化率减小，所以p1p2；③原料气中甲烷与二氧化碳体积分别是x、y，则（i）中产生CO的体积是x，氢气的体积是3x；二氧化碳与氢气的反应中消耗氢气的体积是y，生成CO的体积是y，所以最终氢气的体积是3x-y，CO的体积是x+y，二者恰好反应的体积比CO：H2=1：2=（x+y）：(3x-y)，解得x:y=3:1；（2）①反应（ii）是熵减的反应，所以若反应自发进行，则一定有2H0，根据△G=△H-T△S0反应自发，△S0，则T应较小，所以该反应在低温下可能自发进行；②因为氧化亚铜与CO发生反应生成Cu和二氧化碳气体，所以体系内含有二氧化碳，平衡逆向移动，则不利于氧化亚铜被CO还原，从而维持Cu2O的量不变，化学方程式是Cu2O+CO2Cu+CO2；③原平衡是在恒容条件下，压强减小，所以保存压强不变时，则容器的体积减小，相当于在原平衡的基础上，增大压强，平衡正向移动，则甲醇的物质的量增大，但仍是小于1mol，同时压强增大，反应速率加快，达到平衡的时间缩短，则对应的图像为；（3）①根据图可知，“3.5×106Pa”、“4.0×106Pa”或“5.0×106Pa”三种压强下，3.5×106Pa时甲醇的转化率是30%，4.0×106Pa是甲醇的转化率是50%，而5.0×106Pa比4.0×106Pa增大了1.0×106Pa，但甲醇的转化率还增大不到5%，对设备的要求更高，但转化率增大的程度不大，所以最适宜的压强是4.0×106Pa；②根据图27-3可知，温度低于80℃，反应速率较小；高于80℃时，曲线较平缓，说明温度对反应速率影响较小，又因反应放热，升高温度时平衡逆向移动，甲醇转化率降低，所以实际工业生产中采用的温度是80℃。考点：考查对物质制备过程的分析，设计化学平衡，对图像的分析，反应条件的判断2．按要求完成下列问题：（1）在25℃、101kPa下，1g甲醇（液体，分子式为CH3OH）燃烧生成CO2和液态水时放热22.68kJ。则表示甲醇燃烧热的热化学方程式为____________________；将该反应设计成碱性燃料电池，写出该电池的负极电极反应方程式。（2）氢气是一种清洁能源，氢气的制取与储存是氢能源利用领域的研究热点。已知：CH4(g)＋H2O(g)＝CO(g)＋3H2(g)△H＝+206.2kJ·mol－1CH4(g)＋CO2(g)＝2CO(g)＋2H2(g)△H＝-247.4kJ·mol－1以甲烷为原料制取氢气是工业上常用的制氢方法。CH4(g)与H2O(g)反应生成CO2(g)和H2(g)的热化学方程式为。（3）已知白磷、红磷燃烧的热化学方程式分别为P4(s,白磷)+5O2=P4O10(s)；ΔH＝–2986kJ·mol－14P(s,红磷)+5O2=P4O10(s)；ΔH＝–2956kJ·mol－1则白磷比红磷（填“稳定”或“不稳定”）（4）已知一定条件下A2与B2自发反应生成AB3，则反应A2(g)+3B2(g)=2AB3(g)的ΔS=0，ΔH0（填“”、“”、“=”）（5）右图为电解精炼银的示意图，（填a或b）极为含有杂质的粗银，若b极有少量红棕色气体生成，则生成该气体的电极反应式为【答案】【解析】试题分析：燃烧热是1mol可燃物完全燃烧生成温度氧化物时放出的热量；在25℃、101kPa下，1g甲醇（CH3OH）燃烧生成CO2和液态水时放热22.68kJ，1mol甲醇完全燃烧生成二氧化碳和液态水放热725.8KJ．燃烧热五热化学方程式为在燃料电池中，燃料做负极，氧气做正极，所以该电池的负极电极反应方程式为。（2）由盖斯定律可知（3）白磷放出的热量更多，因此白磷具有的能量比较大，能量越高越不稳定，因此红磷比白磷稳定。（4）产物气体的量小于反应物气体的量，因此混乱度ΔS0，该反应是放热反应，因此ΔH0（5）是电解池装置，阴极连接电池的负极，阳极连接电池的正极，因此b应该是纯银材料，a应为粗银。而若出现红棕色气体说明产生了二氧化氮气体。考点：考查燃烧热化学反应方程式的书写，盖斯定律应用以及电解池的相关知识点。3．煤炭燃烧过程中会释放出大量的SO2，严重破坏生态环境。采用一定的脱硫技术可以把硫元素以CaSO4的形式固定，从而降低SO2的排放。但是煤炭燃烧过程中产生的CO又会与CaSO4发生化学反应，降低脱硫效率。相关反应的热化学方程式如下：CaSO4(s)+CO(g)CaO(s)+SO2(g)+CO2(g)ΔH1=218.4kJ·mol-1(反应Ⅰ)CaSO4(s)+4CO(g)CaS(s)+4CO2(g)ΔH2=-175.6kJ·mol－1(反应Ⅱ)请回答下列问题：（1）反应Ⅰ能自发进行的条件是。（2）对于气体参与的反应，表示平衡常数Kp时用气体组分(B)的平衡压强p(B)代替该气体物质的量浓度c(B)，则反应Ⅱ的Kp=(用表达式表示)。（3）假设某温度下，反应Ⅰ的速率(v1)大于反应Ⅱ的速率(v2)，则下列反应过程能量变化示意图正确的是。（4）通过监测反应体系中气体浓度的变化判断反应Ⅰ和Ⅱ是否同时发生，理由是。（5）图1为实验测得不同温度下反应体系中CO初始体积百分数与平衡时固体产物中CaS质量百分数的关系曲线。则降低该反应体系中SO2生成量的措施有。A．向该反应体系中投入石灰石B．在合适的温度区间内控制较低的反应温度C．提高CO的初始体积百分数D．提高反应体系的温度（6）恒温恒容条件下，假设反应Ⅰ和Ⅱ同时发生，且v1＞v2，请在图2中画出反应体系中c(SO2)随时间t变化的总趋势图。【答案】（1）高温（2）（3）C.（4）反应I中生成有SO2，监测SO2与CO2的浓度增加量的比不为1:1，可确定发生两个反应。（5）A、B、C（6）【解析】试题分析：（1）由△G=△H-T△S＜0时自发，△H＞0，则T要大，故选择高温。（3）反应Ⅰ吸热，产物的能量高于反应物，反应Ⅱ放热，产物的能量低于反应物；反应Ⅰ的速率(v1)大于反应Ⅱ的速率(v2)，反应I的活化能低。（4）反应I中生成有SO2，监测SO2与CO2的浓度增加量的比即可确定是否发生两个反应。（5）向该反应体系中投入石灰石，产生CO2，使反应I逆向进行，可降低该反应体系中SO2生成量，A正确；在合适的温度区间内控制较低的反应温度，图中可以看出最低温度的CaS的含量最高，故B正确、D错误；C．图中可以看出，提高CO的初始体积百分数，可以提高CaS的含量，故正确。（6）反应Ⅰ的速率(v1)大于反应Ⅱ的速率(v2)，故SO2增加的快，反应达到平衡快；随着反应II的进行，CO2的浓度不断增大，使反应I平衡逆向移动。考点：用NA为阿伏加德罗常数的值来表示微粒数目。4．(15分)（1）已知在常温常压下：①2CH3OH(l)+3O2(g)2CO2(g)+4H2O(g)△H=-1275.6kJ·mol－1②H2O(l)H2O(g)△H=+44.0kJ.mol－1写出表示甲醇燃烧热．．．的热化学方程式。（2）甲醇是一种重要的化工原料，又是一种可再生能源，具有开发和应用的广阔前景。工业上可用如下方法合成甲醇：方法一方法二①方法一：该反应的△S0（填“＞”或“＜”）。图中曲线a到曲线b的措施是，恒温恒容时，下列说法能说明反应到达平衡状态的是。A.体系的平均摩尔质量不再改变B.V(CO)=V(CH3OH)C.H2的转化率达到了最大限度D.△H不再改变②方法二：将CO2和H2按物质的量之比1:3充入体积为2.0L的恒容密闭容器中反应，如图两条曲线分别表示压强为0.1MPa和5.0MPa下CO2转化率随温度的变化关系，其方法一CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)方法二CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)中a点的平衡常数表达式为：；a，b两点化学反应速率别用Va、Vb表示，则VaVb（填“大于”、“小于”或“等于”）。已知原子利用率=期望产物的总质量与生成物的总质量之比，则方法一的原子利用率是方法二的原子利用率的倍(保留两位小数).（3）甲醇对水质会造成一定的污染，有一种电化学法可消除这种污染，其原理是通电后将Co2＋氧化成Co3＋，然后以Co3＋做氧化剂把水中的甲醇氧化成CO2而净化。写出除去甲醇的离子方程式。【答案】（1）CH3OH(l)十23O2(g)CO2(g)+2H2O(l)△H=－725.8kJ/mol（2）①＜加入催化剂、AC；②)()()()(2323HcCOcOHcOHCHcK大于1.56（3）6Co3＋＋CH3OH＋H2O=CO2↑＋6Co2＋＋6H＋【解析】试题分析：（1）甲醇的燃烧热是1mold的甲醇完全燃烧产生液态水和气态二氧化碳时所释放飞热量。根据题意可得燃烧热数值为1275.6kJ/mol÷2+2×44.0kJ.mol=725.8kJ/mol，所以燃烧热的化学方程式为CH3OH(l)十23O2(g)CO2(g)+2H2O(l)△H=－725.8kJ/mol;(2)①在方法一中由于消耗3mol的气体产生了1mol的气体，所以体系的混乱程度减小，因此该反应的△S＜0；图中曲线a的活化能大，而曲线