通用版五年20162020高考化学真题专题点拨专题12化学反应原理综合含解析

1专题12化学反应原理综合【2020年】1.（2020·新课标Ⅰ）硫酸是一种重要的基本化工产品，接触法制硫酸生产中的关键工序是SO2的催化氧化：SO2(g)+12O2(g)钒催化剂SO3(g)ΔH=−98kJ·mol−1。回答下列问题：（1）钒催化剂参与反应的能量变化如图所示，V2O5(s)与SO2(g)反应生成VOSO4(s)和V2O4(s)的热化学方程式为：_______________________________________。（2）当SO2(g)、O2(g)和N2(g)起始的物质的量分数分别为7.5%、10.5%和82%时，在0.5MPa、2.5MPa和5.0MPa压强下，SO2平衡转化率α随温度的变化如图所示。反应在5.0MPa、550℃时的α=__________，判断的依据是______________________。影响α的因素有____________________________。（3）将组成(物质的量分数)为2m%SO2(g)、m%O2(g)和q%N2(g)的气体通入反应器，在温度t、压强p条件下进行反应。平衡时，若SO2转化率为α，则SO3压强为___________，平衡常数Kp=___________(以分压表示，分压=总压×物质的量分数)。（4）研究表明，SO2催化氧化的反应速率方程为：v=k(′αα−1)0.8(1−nα')。式中：k为反应速率常数，随温度t升高而增大；α为SO2平衡转化率，α'为某时刻SO2转化率，n为常数。在α'=0.90时，将一系列温度下的k、α值代入上述速率方程，得到v~t曲线，如图2所示。曲线上v最大值所对应温度称为该α'下反应的最适宜温度tm。ttm时，v逐渐提高；ttm后，v逐渐下降。原因是__________________________。【答案】（1）2V2O5(s)+2SO2(g)⇌2VOSO4(s)+V2O4(s)∆H=-351kJ∙mol-1（2）0.975该反应气体分子数减少，增大压强，α提高。所以，该反应在550℃、压强为5.0MPa＞2.5MPa＝p２的，所以p1=5.0MPa反应物（N2和O2）的起始浓度（组成）、温度、压强（3）2m100mp0.51.51100mpm（4）升高温度，k增大使v逐渐提高，但α降低使v逐渐下降。当t＜tm，k增大对v的提高大于α引起的降低；当t＞tm，k增大对v的提高小于α引起的降低【解析】根据盖斯定律，用已知的热化学方程式通过一定的数学运算，可以求出目标反应的反应热；根据压强对化学平衡的影响，分析图中数据找到所需要的数据；根据恒压条件下总压不变，求出各组分的分压，进一步可以求出平衡常数；根据题中所给的速率公式，分析温度对速率常数及二氧化硫的转化率的影响，进一步分析对速率的影响。（1）由题中信息可知：①SO2(g)+12O2(g)⇌SO3(g)∆H=-98kJ∙mol-1②V2O4(s)+SO3(g)⇌V2O5(s)+SO2(g)∆H2=-24kJ∙mol-1③V2O4(s)+2SO3(g)⇌2VOSO4(s)∆H1=-399kJ∙mol-1根据盖斯定律可知，③-②2得2V2O5(s)+2SO2(g)⇌2VOSO4(s)+V2O4(s)，则∆H=∆H1-2∆H2=(-399kJ∙mol-1)-(-24kJ∙mol-1)2=-351kJ∙mol-1，所以该反应的热化学方程式为：2V2O5(s)+2SO2(g)⇌2VOSO4(s)+V2O4(s)∆H=-351kJ∙mol-1；（2）SO2(g)+12O2(g)⇌SO3(g)，该反应是一个气体分子数减少的放热反应，故增大压强可以使化学平衡向正反应方向移动。因此，在相同温度下，压强越大，SO2的平衡转化率越3大，所以，该反应在550℃、压强为5.0MPa条件下，SO2的平衡转化率一定高于相同温度下、压强为2.5MPa的，因此，p1=5.0MPa，由图中数据可知，α=0.975。影响α的因素就是影响化学平衡移动的因素，主要有反应物（N2和O2）的浓度、温度、压强等。（3）假设原气体的物质的量为100mol，则SO2、O2和N2的物质的量分别为2mmol、mmol和qmol，2m+m+q=3m+q=100，SO2的平衡转化率为α，则有下列关系：2231SO+OSO20()2mm2()22()2m(1-)m(1)molmmolmmmmol矾催化剂起始量变化量平衡量平衡时气体的总物质的量为n(总)=2m(1-α)+m(1-α)+2mαmol+qmol，则SO3的物质的量分数为3nSO2mmol2m100%100%100%n2m1m12mmolq?mol100m总。该反应在恒压容器中进行，因此，SO3的分压p(SO3)=2m 100mp，p(SO2)=2m1 100mp，p(O2)=m1 100mp，在该条件下，SO2(g)+12O2(g)⇌2SO3(g)的Kp=30.50.50.51.5222mSO100mSO2m1m11100100m100mppppOmpppm。（4）由于该反应是放热反应，温度升高后α降低。由题中信息可知，v=0.8k11n，升高温度，k增大使v逐渐提高，但α降低使v逐渐下降。当t＜tm，k增大对v的提高大于α引起的降低；当t＞tm，k增大对v的提高小于α引起的降低。2.（2020·新课标Ⅱ）天然气的主要成分为CH4，一般还含有C2H6等烃类，是重要的燃料和化工原料。（1）乙烷在一定条件可发生如下反应：C2H6(g)=C2H4(g)+H2(g)ΔH，相关物质的燃烧热数据如下表所示：4物质C2H6(g)C2H4(g)H2(g)燃烧热ΔH/(kJ·mol−1)-1560-1411-286①ΔH=_________kJ·mol−1。②提高该反应平衡转化率的方法有_________、_________。③容器中通入等物质的量的乙烷和氢气，在等压下(p)发生上述反应，乙烷的平衡转化率为α。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×物质的量分数)。（2）高温下，甲烷生成乙烷的反应如下：2CH4高温C2H6+H2。反应在初期阶段的速率方程为：r=k×4CHc，其中k为反应速率常数。①设反应开始时的反应速率为r1，甲烷的转化率为α时的反应速率为r2，则r2=_____r1。②对于处于初期阶段的该反应，下列说法正确的是_________。A．增加甲烷浓度，r增大B．增加H2浓度，r增大C．乙烷的生成速率逐渐增大D．降低反应温度，k减小（3）CH4和CO2都是比较稳定的分子，科学家利用电化学装置实现两种分子的耦合转化，其原理如下图所示：①阴极上的反应式为_________。②若生成的乙烯和乙烷的体积比为2∶1，则消耗的CH4和CO2体积比为_________。【答案】（1）①137②升高温度减小压强(增大体积)③α(1+α)p(2+α)(1-α)（2）①1－α②AD（3）①CO2+2e−=CO+O2−②6∶5【解析】（1）①由表中燃烧热数值可知：5①C2H6(g)+72O2(g)=2CO2(g)+3H2O(l)∆H1=-1560kJ∙mol-1；②C2H4(g)+3O2(g)=2CO2(g)+2H2O(l)∆H2=-1411kJ∙mol-1；③H2(g)+12O2(g)=H2O(l)∆H3=-286kJ∙mol-1；根据盖斯定律可知，①-②-③得C2H6(g)=C2H4(g)+H2(g)，则∆H=∆H1-∆H2-∆H3=(-1560kJ∙mol-1)-(-1411kJ∙mol-1)-(-286kJ∙mol-1)=137kJ∙mol-1，故答案为137；②反应C2H6(g)C2H4(g)+H2(g)为气体体积增大的吸热反应，升高温度、减小压强平衡都向正反应方向移动，故提高该反应平衡转化率的方法有升高温度、减小压强（增大体积）；③设起始时加入的乙烷和氢气各为1mol，列出三段式，C2H6(g)C2H4(g)+H2(g)起始（mol）101转化（mol）ααα平衡（mol）1-αα1+α平衡时，C2H6、C2H4和H2平衡分压分别为1α2αp、α2αp和1α2αp，则反应的平衡常数为Kp=1α2α1α（）（）（）；（2）①根据r=k×4CHc，若r1=kc，甲烷转化率为α时，甲烷的浓度为c(1-α)，则r2=kc(1-α)，所以r2=(1-α)r1；②增大反应物浓度反应速率增大，故A说法正确；由速率方程可知，初期阶段的反应速率与氢气浓度无关，故B说法错误；反应物甲烷的浓度逐渐减小，结合速率方程可知，乙烷的生成速率逐渐减小，故C说法错误；化学反应速率与温度有关，温度降低，反应速率常数减小，故D正确。答案选AD。（3）①由图可知，CO2在阴极得电子发生还原反应，电极反应为CO2+2e-=CO+O2-；②令生成乙烯和乙烷分别为2体积和1体积，根据阿伏加德罗定律，同温同压下，气体体积比等于物质的量之比，再根据得失电子守恒，得到发生的总反应为：6CH4+5CO2=2C2H4+C2H6+5H2O+5CO，即消耗CH4和CO2的体积比为6:5。3.（2020·新课标Ⅲ）二氧化碳催化加氢合成乙烯是综合利用CO2的热点研究领域。回答下列问题：（1）CO2催化加氢生成乙烯和水的反应中，产物的物质的量之比n(C2H4)∶n(H2O)=__________。当反应达到平衡时，若增大压强，则n(C2H4)___________(填“变6大”“变小”或“不变”)。（2）理论计算表明，原料初始组成n(CO2)∶n(H2)=1∶3，在体系压强为0.1MPa，反应达到平衡时，四种组分的物质的量分数x随温度T的变化如图所示。图中，表示C2H4、CO2变化的曲线分别是______、______。CO2催化加氢合成C2H4反应的ΔH______0(填“大于”或“小于”)。（3）根据图中点A(440K，0.39)，计算该温度时反应的平衡常数Kp=_________(MPa)−3(列出计算式。以分压表示，分压=总压×物质的量分数)。（4）二氧化碳催化加氢合成乙烯反应往往伴随副反应，生成C3H6、C3H8、C4H8等低碳烃。一定温度和压强条件下，为了提高反应速率和乙烯选择性，应当___________________。【答案】（1）1∶4变大（2）dc小于（3）39140.039或43620.390.39140.390.10.39()3等（4）选择合适催化剂等【解析】根据质量守恒定律配平化学方程式，可以确定产物的物质的量之比。根据可逆反应的特点分析增大压强对化学平衡的影响。根据物质的量之比等于化学计量数之比，从图中找到关键数据确定代表各组分的曲线，并计算出平衡常数。根据催化剂对化反应速率的影响和对主反应的选择性，工业上通常要选择合适的催化剂以提高化学反应速率、减少副反应的发生。（1）CO2催化加氢生成乙烯和水，该反应的化学方程式可表示为2CO2+6H2⇌CH2=CH2+4H2O，因此，该反应中产物的物质的量之比n(C2H4)：n(H2O)=1：4。由于该反应是气体分子数减少的反应，当反应达到平衡状态时，若增大压强，则化学平衡向正反应方向移动，n(C2H4)变大。（2）由题中信息可知，两反应物的初始投料之比等于化学计量数之比；由图中曲线的起点7坐标可知，c和a所表示的物质的物质的量分数之比为1:3、d和b表示的物质的物质的量分数之比为1:4，则结合化学计量数之比可以判断，表示乙烯变化的曲线是d，表示二氧化碳变化曲线的是c。由图中曲线的变化趋势可知，升高温度，乙烯的物质的量分数减小，则化学平衡向逆反应方向移动，则该反应为放热反应，∆H小于0。（3）原料初始组成n(CO2)∶n(