【高考题型突破-南方凤凰台】2016高考化学二轮复习配套：第十三单元-化学反应原理综合题型研究.doc

微专题十三化学反应原理综合题型研究【知识网络】 (本专题对应学生用书第7383页)【能力展示】能力展示1(2011新课标卷)科学家利用太阳能分解水生成的氢气在催化剂作用下与二氧化碳反应生成甲醇，并开发出直接以甲醇为燃料的燃料电池。已知H2(g)、CO(g)和CH3OH(l)的燃烧热H分别为-285.8 kJmol-1、-283.0 kJmol-1和-726.5 kJmol-1。请回答下列问题：(1) 用太阳能分解10 mol水消耗的能量是kJ。(2) 甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式为 。(3) 在容积为2 L的密闭容器中，由CO2和H2合成甲醇，在其他条件不变的情况下，考察温度对反应的影响，实验结果如下图所示(注：T1、T2均大于300 )。下列说法正确的是(填序号)。温度为T1时，从反应开始到平衡，生成甲醇的平均速率为v(CH3OH)= molL-1min-1该反应在T1时的平衡常数比T2时的小该反应为放热反应处于A点的反应体系从T1变到T2，达到平衡时增大(4) 在T1温度时，将1 mol CO2和3 mol H2充入一密闭恒容容器中，充分反应达到平衡后，若CO2的转化率为，则平衡时容器内的压强与起始压强之比为。(5) 在直接以甲醇为燃料的电池中，电解质溶液为酸性，负极的反应式为 、正极的反应式为 。理想状态下，该燃料电池消耗1 mol甲醇所能产生的最大电能为702.1 kJ，则该燃料电池的理论效率为(燃料电池的理论效率是指电池所产生的最大电能与燃料电池反应所能释放的全部能量之比)。答案(1) 2 858 (2) CH3OH(l)+O2(g)CO(g)+2H2O(l)H=-443.5 kJmol-1 (3) (4) 1- (5) 答案2CH3OH+2H2O-12e-2CO2+12H+3O2+12H+12e-6H2O96.6%解析(1) 由题所给信息可知：H2(g)+O2(g)H2O(l)H=-285.8 kJmol-1CO(g)+O2(g)CO2(g)H=-283.0 kJmol-1 CH3OH(l)+O2(g)CO2(g)+2H2O(l)H=-726.5 kJmol-1由方程可知，H2O(l)H2(g)+O2(g)H=+285.8 kJmol-1，故分解10 mol水需要吸收2 858 kJ的能量。(2) -即可得到目标反应：CH3OH(l)+O2(g)CO(g)+2H2O(l)H=-443.5 kJmol-1。(3) CO2和H2合成甲醇的化学方程式为CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，由图像可知B点先达到平衡，因此温度T2T1，温度高平衡时甲醇的物质的量反而低，说明正反应是放热反应，升高温度平衡逆向移动，不利于甲醇的生成，平衡常数减小，即错、正确；温度为T1时，从反应开始到平衡，生成甲醇的物质的量为nA mol，此时甲醇的物质的量浓度为 molL-1，所以生成甲醇的平均速率为v(CH3OH)= molL-1min-1，错；因为温度T2T1，所以A点的反应体系从T1变到T2时，平衡会逆向移动，即n(CH3OH)减小而n(H2)增大，正确。(4)CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)起始/mol：1300转化/mol：3平衡/mol：1-3-3所以平衡时压强与起始压强之比为(4-2)4 =(2-)2。(5) 在甲醇燃料电池中，甲醇失去电子，氧气得到电子，所以负极的电极反应式为2CH3OH-12e-+2H2O2CO2+12H+ ，正极的电极反应式为3O2+12e-+12H+6H2O；甲醇的燃烧热是-726.5 kJmol-1，所以该燃料电池的理论效率为100%=96.6%。2(2012新课标卷). (26题节选)与MnO2-Zn电池类似，K2FeO4-Zn也可以组成碱性电池，K2FeO4在电池中作为正极材料，其电极反应式为，该电池总反应的离子方程式为。.(27题节选)光气(COCl2)在塑料、制革、制药等工业中有许多用途，工业上采用高温下将CO与Cl2在活性炭催化下合成。(1) 工业上利用天然气(主要成分为CH4)与CO2进行高温重整制备CO，已知CH4、H2和CO的燃烧热(H)分别为-890.3 kJmol-1、-285.8 kJmol-1和-283.0 kJmol-1，则生成1 m3(标准状况)CO所需热量为。(2) COCl2的分解反应为COCl2(g)Cl2(g)+CO(g) H=+108 kJmol-1。反应体系达到平衡后，各物质的浓度在不同条件下的变化如下图所示(第10 min到14 min的COCl2浓度变化曲线未示出)。计算反应在第8 min时的平衡常数K= 。比较第2 min反应温度T(2)与第8 min反应温度T(8)的高低：T(2)(填“”或“=”)T(8)。若12 min时反应于温度T(8)下重新达到平衡，此时c(COCl2)=molL-1。比较产物CO在23 min、56 min和1213 min时平均反应速率平均反应速率分别以v(23)、v(56)、v(1213)表示的大小：。比较反应物COCl2在56 min和1516 min时平均反应速率的大小：v(56)(填“”或“=”)v(1516)，原因是。答案. Fe+3e-+4H2OFe(OH)3+5OH-2Fe+8H2O+3Zn2Fe(OH)3+3Zn(OH)2+4OH-. (1) 5.52103 kJ(2) 0.234v(23)=v(12-13)在相同温度时，该反应的反应物浓度越高，反应速率越大解析. 正极发生得电子的还原反应，碱性条件下，Fe变成Fe(OH)3，得到3个电子，根据电荷守恒，后面加5个OH-，依据H原子守恒，前面加4个H2O，即可得到正极的电极反应式为Fe+3e-+4H2OFe(OH)3+5OH-；负极反应式为Zn-2e-+2OH-Zn(OH)2，根据得失电子守恒，2+3即可得到电池总反应式。. (1) 根据燃烧热概念可以写出：CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l)H=-890.3 kJmol-1H2(g)+O2(g)H2O(l)H=-285.8 kJmol-1 CO(g)+O2(g)CO2(g)H=-283.0 kJmol-1-2-2，即可得到目标反应：CH4(g)+ CO2(g)2CO(g)+2H2(g)H=+247.3 kJmol-1，生成1 m3 CO所需热量为247.3 kJmol-15 520 kJ。(2) c(Cl2)=0.11 molL-1、c(CO)=0.085 molL-1、c(COCl2)=0.04 molL-1，代入K计算公式即可得到答案。第4 min时，Cl2与CO的浓度均增大，再结合此反应正向吸热，故第4 min改变的条件一定是升高温度，故T(2)v(1516)；应从影响反应速率的因素入手分析，由图像可知418 min温度相同，只能从浓度角度分析。3(2013新课标卷)二甲醚(CH3OCH3)是无色气体，可作为一种新型能源。由合成气(组成为H2、CO和少量CO2)直接制备二甲醚，其中主要过程包括下列四个反应：甲醇合成反应：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)H1=-90.1 kJmol-1CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)H2=-49.0 kJmol-1水煤气变换反应：CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)H3=-41.1 kJmol-1二甲醚合成反应：2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) H4=-24.5 kJmol-1回答下列问题：(1) 分析二甲醚合成反应对CO转化率的影响：。(2) 由H2和CO直接制备二甲醚(另一产物为水蒸气)的热化学方程式为。根据化学反应原理，分析增加压强对直接制备二甲醚的反应的影响： 。(3) 有研究者在催化剂(含Cu-Zn-Al-O和Al2O3)、压强在5.0 MPa条件下，由H2和CO直接制备二甲醚，结果如下图所示。其中CO转化率随温度升高而降低的原因是 。(4) 二甲醚直接燃料电池具有启动快、效率高等优点，其能量密度高于甲醇直接燃料电池(5.93 kWhkg-1)。若电解质为酸性，二甲醚直接燃料电池的负极反应为。一个二甲醚分子经过电化学氧化，可以产生 个电子的电量，该电池理论输出电压为1.20 V，能量密度E=(列式计算，能量密度=，1 kWh=3.6106 J)。答案(1) 消耗甲醇，促进甲醇合成反应平衡向右移动，CO转化率增大；生成的水通过水煤气变换反应消耗部分CO(2) 2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(g)+H2OH=-204.7 kJmol-1该反应分子数减少，压强增加使平衡右移，CO和H2转化率增大，CH3OCH3产率增加；压强增加，反应速率加快(3) 反应放热，温度升高，平衡左移(4) CH3OCH3-12e-+3H2O2CO2+12H+12(3.6106 JkW-1h-1)=8.39 kWhkg-1解析(1) 消耗甲醇，促进甲醇合成反应平衡向右移动，CO转化率增大；生成的水通过水煤气变换反应消耗部分CO。(2) 根据盖斯定律，2+即可得到目标反应：2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)H=-204.7 kJmol-1。根据化学反应原理，增加压强对直接制备二甲醚的反应的影响应该从对反应速率和平衡的影响两方面答题：该反应是气体体积减小的反应，增大压强，平衡正向移动，CH3OCH3产率增加；压强增大，反应速率加快。(3) 对转化率的影响应该从平衡移动角度答题：该反应的正反应是放热反应，温度升高，平衡逆向移动。(4) 在酸性条件下，二甲醚直接燃料电池的负极反应是二甲醚失去电子，根据化合物化合价代数和为0的原则二甲醚中碳元素的化合价为-2价，CO2中碳元素的化合价为+4价，化合价升高了6，二甲醚分子中有两个碳原子，一个二甲醚分子失去12个电子；酸性电池，CH3OCH3失去12e-变成CO2，根据O守恒，酸性介质中H2O提供O，生成H+，配平即可。根据能量密度公式：E=(3.6106 JkW-1h-1)=8.39 kWhkg-1。4(2014新课标卷). (27题节选)(H3PO2)也可以通过电解的方法制备。工作原理如下图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)。(1) 写出阳极的电极反应式： 。(2) 分析产品室可得到H3PO2的原因： 。(3) 早期采用“三室电渗析法”制备H3PO2，将“四室电渗析法”中阳极室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替，并撤去阳极室与产品室之间的阳膜，从而合并了阳极室与产品室，其缺点是产品中混有杂质，该杂质产生的原因是 。. (28题节选)乙醇是重要的有机化工原料，可由乙烯气相直接水合法或乙烯间接水合法生产。(1) 已知：甲醇脱水反应2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)H1=-23.9 kJmol-1甲醇制烯烃反应2CH3OH(g)C2H4 (g)+2H2O(g)H2=-29.1 kJmol-1乙醇异构化反应CH3CH2OH(g)CH3OCH3(g)H3=+50.7 kJmol-1则乙烯气相直接水合反应C2H4 (g)+H2O(g)C2H5OH(g)的H= kJmol-1。(2) 下图为气相直接水合法中乙烯的平衡转化率与温度、压强的关系其中n(H2O)n(C2H4)=11。列式计算乙烯水合制乙醇反应在图中A点的平衡常数Kp=(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压物质的量分数)。图中压强p1、p2、p3、p4的大小顺序为，理由是。气相直接水合法常采用的工艺条件为：磷酸/硅藻土为催化剂，反应温度290 ，压强6.9 MPa，n(H2O)n(C2H4)=0.61。乙烯的转化率为5%，若要进一步提高乙烯的转化率，除了可以适当改变反应温度和压强外，还可以采取的措施有、 。答案.(1) 2H2O-4e-O2+4H+(2) 由于阳极室OH-放电，造成H+浓度增大，穿过阳膜扩散至产品室，而原料室中的H2P穿过阴膜扩散至产品室，二者反应生成H3PO2(3) H3PO4(或P)H2P或H3PO2被氧化.(1) -45.5(2) 0.07p1p2p3p4反应分子数减少，相同温度下，增大压强，平衡正向移动，乙烯转化率提高将产物乙醇液化移去增加n(H2O)n(C2H4)解析.(1) 在阳极由于阴离子中OH-的放电能力最强，所以电极反应为2H2O-4e-O2+ 4H+。(2) 在产品室之所以得到H3PO2是因为阳极室的H+穿过阳膜扩散到产品室，原料室中的H2P穿过阴膜扩散至产品室，二者反应生成。(3) 合并了阳极室与产品室，由于H3PO2 具有还原性，则阳极室产生O2 将H2P或H3PO2氧化。.(1) -即可得到目标反应，H=-23.9-(-29.1)-50.7=-45.5 kJmol-1。(2) A点时乙烯的平衡转化率为20%，设乙烯的物质的量为1 mol。C2H4(g)+H2O(g)C2H5OH(g)起始/mol：110转化/mol：0.20.20.2平衡/mol：0.80.80.2乙烯水合制乙醇反应在图中A点的平衡常数为Kp= =0.07该反应的正反应是气体体积减小的反应，所以增大压强，平衡正向移动，反应物转化率增大，所以有p1p2p3”、“”、“K丙。甲容器在反应过程中保持压强不变，故容器体积减小，氮气的浓度增大；乙容器保持体积不变，随着反应的进行，氮气的浓度减小；丙容器绝热，温度升高平衡逆向进行。故达到平衡时N2的浓度：c(N2)甲c(N2)乙0一定条件下CH4的平衡转化率与温度、压强的关系如下图。则p1(填“”或“=”，下同)p2。A、B、C三点处对应平衡常数(KA、KB、KC)的大小顺序为 。100 时，将1 mol CH4和2 mol H2O通入容积为1 L的定容密闭容器中发生反应，能说明该反应已经达到平衡状态的是(填字母)。a. 容器的压强恒定b. 容器内气体密度恒定c. 3v正(CH4)=v逆(H2)d. 单位时间内消耗0.1 mol CH4的同时生成0.3 mol H2(3) 甲醇燃料电池(简称DMFC)由于结构简单、能量转化率高、对环境无污染，可作为常规能源的替代品而越来越受到关注。DMFC工作原理如下图所示。通入a气体的电极是原电池的(填“正”或“负”)极，其电极反应式为 。(4) 某研究小组将两个甲烷燃料电池串联后作为电源，进行饱和氯化钠溶液电解实验，如图所示U形管中氯化钠溶液的体积为800 mL。闭合K后，若每个电池甲烷用量均为0.224 L(标准状况)，且反应完全，则理论上通过电解池的电量为 (列式计算。法拉第常数F=9.65104 Cmol-1)，若产生的气体全部逸出，电解后溶液混合均匀，电解后U形管中溶液的pH为 。答案(1) CH3OH(l)+O2(g)CO(g)+2H2O(l)H=-442 kJmol-1(2) KAKBp2时，在CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)反应中，生成物的气体体积大于反应物，压强增大时平衡逆向移动，故p1p2；正反应吸热，随温度升高，平衡正向移动，化学平衡常数K增大，所以KAKBK时，反应逆向进行，此时v(逆)v(正)；Q v(逆)。等效平衡的含义与应用1. 三种等效平衡模型等效模型实例起始投料平衡时等量备注恒温恒容系数不等N2+3H22NH3甲：1 mol N2+3 mol H2乙：2 mol NH3(转化为同种物质完全等同)两容器中各组分的n、c、w等同(N2)+(NH3)=1恒温恒容系数相等I2+H22HI甲：1 mol I2+1 mol H2乙：2 mol I2+2 mol H2(或4 mol HI) (成比例)两容器中各组分w等同，n、c成倍数关系恒温恒压N2+3H22NH3甲：1 mol N2+3 mol H2乙：2 mol N2+6 mol H2 (或4 mol NH3)(成比例)两容器中各组分w、c等同，n成倍数关系2. 等效平衡的应用(1) 同一反应，向两容器中充入不同反应物或生成物时，首先转化为同种物质，再结合等效平衡的模型解题。例如：T1 ，向2 L的恒容密闭容器中充入7.6 mol NO和3.8 mol O2，发生反应2NO(g)+O2(g)2NO2(g)、2NO2(g)N2O4(g)，达到平衡时，测得c(NO2)=1.5 molL-1，c(N2O4)=0.9 molL-1。若起始时向该容器中充入3.6 mol NO2和2.0 mol N2O4， T1 达到平衡时，N2O4的转化率为 。分析：若将3.6 mol NO2和2.0 mol N2O4转化为NO和O2，则相当于7.6 mol NO和3.8 mol O2，所以两个平衡是等效的，因而达到平衡时容器中c(N2O4)=0.9 molL-1，起始时c(N2O4)=1.0 molL-1，因而N2O4的转化率为10%。(2) 不符合等效平衡的，先建立等效平衡，再回归题意。两个体积均为1 L的恒温恒容密闭容器甲和乙，向甲中充入1 mol N2和3 mol H2，向乙中充入2 mol N2和6 mol H2，在相同温度下均达到平衡，比较两平衡体系中某些组分的物质的量、物质的量浓度、百分含量的大小。分析：对于乙容器，可以先将其体积扩大2倍，得到与甲等效的平衡丙(建立等效模型)，再将丙的体积缩小为(回归题意)。如下图所示：达到平衡时，甲和丙中各组分的百分含量相等；丙中各组分的物质的量是甲中的两倍；甲和丙各组分的浓度相等。丙乙，体积变为原来的，即增大压强，平衡正向移动。所以达到平衡时，甲和乙的平衡混合物中：乙中NH3的百分含量大于甲，乙中N2的百分含量小于甲；n(NH3)乙2n(NH3)甲，n(N2)乙2c(NH3)甲，c(N2)乙；达到平衡时反应物的转化率：。如何分析试题中的有关化学平衡的陌生图像(举例说明)1. 根据图像选择反应最佳条件采用一种新型的催化剂(主要成分是Cu-Mn的合金)，利用CO和H2制备二甲醚(DME)。主反应：2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)副反应：CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)观察下图回答问题：催化剂中约为时最有利于二甲醚的合成。图像分析：分清主次反应，主反应相关曲线先增后减，非常明显的拐点，选择性和转化率最高最有利于合成，所以答案是2.0。氨气制取尿素CO(NH2)2的合成塔中发生反应：2NH3(g)+CO2(g) CO(NH2)2(l)+H2O(g)。下图为合成塔中不同氨碳比a 和水碳比b时二氧化碳转化率()。b宜控制在(填字母)范围内。A.0.60.7B.11.1C.1.51.6a宜控制在4.0左右，理由是。图像分析：控制变量，作垂直于横轴的一条直线交三条曲线于三点，转化率越高越好，所以选择A。选择最佳氨碳比，可看最上面曲线的走势，整体增加，曲线先陡后平(略上升)，依然选择拐点，当氨碳比大于4.0时，增大氨气的量CO2转化率增加不大，但生产成本提高了；氨碳比太小，CO2转化率低。2. 根据图像结合相关原理解释某种现象产生的原因以二氧化钛表面覆盖Cu2Al2O4为催化剂，可以将CO2和CH4直接转化成乙酸。在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率如下图所示。250300 时，温度升高而乙酸的生成速率降低的原因是。图像分析：两根曲线注意看清每个曲线对应的条件，分析两个量之间内在的联系。这里涉及影响反应速率的两个因素：催化剂和温度，弄清影响因素即可。所以，250300 时，温度升高而乙酸的生成速率降低的原因是温度超过250 时，催化剂的催化效率降低。已知H2S高温热分解制H2的反应如下：H2S(g)H2(g)+S(g)在恒容密闭容器中，控制不同温度进行H2S的分解实验。以H2S的起始浓度均为c molL-1测定H2S的转化率，结果如下图所示。图中a为H2S的平衡转化率与温度的关系曲线，b曲线表示不同温度下反应经过相同时间且未达到化学平衡时H2S的转化率。请说明随温度的升高，曲线b向曲线a逼近的原因：。图像分析：弄清两根曲线表示的含义，温度低时，H2S转化率相差较大，温度高时，H2S转化