1、【化学】化学化学反应原理综合考查的专项培优练习题含答案 (1)一、化学反应原理综合考查1 （ 15 分）甲烷水蒸气催化重整（SMR）是传统制取富氢混合气的重要方法，具有工艺简单、成本低等优点。回答下列问题：（1）已知1000 K 时，下列反应的平衡常数和反应热：CH4(g)C(s)+2H2(g) K1=10.2H12CO(g)C(s)+COH22 (g) K2=0.6CO(g)+H2O(g)223H3CO (g)+H (g) K =1.4CH422244(g)+2H O(g)CO (g)+4H (g) KH （ SMR）则 1000 K 时， K4=_； H4=_（用H1、 H2 、 H3 来
2、表示）。（2）在进入催化重整装置前，先要对原料气进行脱硫操作，使其浓度为0.5 ppm 以下。脱硫的目的为 _。（3）下图为不同温度条件下电流强度对CH4 转化率的影响。由图可知，电流对不同催化剂、不同温度条件下的甲烷水蒸气催化重整反应均有着促进作用，则可推知H4_0（填“ 或”“ 增加 10Ni-3MgO/-Al 2O3 温度高于 750 时，几种情况下的反应均达到平衡，催化剂不改变平衡状态 = 第 步的活化能大，反应速率慢【解析】【分析】【详解】（1）方程式 CH4222+2 - 得到，(g)+2H O(g)CO (g)+4H (g)，是由方程式K4= K1K 32 = 10.21.42
3、=33.32， H4= H1+2 H3- H2。K 20.6（2）硫会与催化剂反应，会使催化剂中毒，因此要脱硫。（3）由图可知电流相同时，750 甲烷的转化率比600 时甲烷的转化率高，说明温度越高，转化率越高，K 越大，H40。（4）据图可知，随温度降低，H2 产率的变化幅度也增大，电流对H2 产率的影响作用逐渐增加； 600 时， 10Ni-3MgO/-Al 2 32O 催化剂在不同电流时H 产率的变化幅度最大，因此电流对 10Ni-3MgO/-Al 2O3 催化剂影响最为显著；测试时间为6 小时，当温度高于 750 时，由于反应速率加快，反应已经达平衡移动，而催化剂不影响平衡移动，因此无
4、论电流强度大小，有无催化剂， H2 产率趋于相同。（ 5）同一化学反应，催化剂只能改变反应的速率，对反应热不会造成影响，故过程和 H 相等。根据活化能越大，反应速率就越慢，故控制整个反应速率的是活化能较高的步骤，即控速步骤为第 步。2近年来，随着聚酯工业的快速发展，氯气的需求量和氯化氢的产出量也随之迅速增长。因此，将氯化氢转化为氯气的技术成为科学研究的热点。回答下列问题：（ 1） Deacon 发明的直接氧化法为： 4HCl(g)+O2(g)=2Cl2(g)+2H2 O(g)。下图为刚性容器中，进料浓度比 c(HCl) c(O2)分别等于 11、 4 1、7 1 时 HCl 平衡转化率随温度变
5、化的关系：可知反应平衡常数K（300） _K（ 400）（填 “大于 ”或“小于 ”）。设 HCl 初始浓度为 c0，根据进料浓度比c(HCl) c(O2)=1 1 的数据计算 K（400） =_（列出计算式）。按化学计量比进料可以保持反应物高转化率，同时降低产物分离的能耗。进料浓度比c(HCl) c(O2 )过低、过高的不利影响分别是 _。（2） Deacon 直接氧化法可按下列催化过程进行：2121-1CuCl (s)=CuCl(s)+Cl (g)H =83 kJ mol212122-1CuCl(s)+O (g)=CuO(s)+Cl (g) H =-20 kJ mol22CuO(s)+2H
6、Cl(g)=CuCl(s)+H2O(g)H3=-121 kJ mol-1则 4HCl(g)+O2 (g)=2Cl2(g)+2H2O(g)的 H=_ kJ mol-1。（3）在一定温度的条件下，进一步提高HCI 的转化率的方法是_。（写出2种）（ 4）在传统的电解氯化氢回收氯气技术的基础上，科学家最近采用碳基电极材料设计了一种新的工艺方案，主要包括电化学过程和化学过程，如下图所示：负极区发生的反应有_（写反应方程式）。电路中转移1 mol 电子，需消耗氧气 _L（标准状况）【答案】大于(0.42) 2(0.42) 2422(10.84)(1O和 Cl 分离能耗较高、 HCl 转化率较低 1160
7、.21)c0增加反应体系压强、及时除去产物Fe3+ -2+， 4Fe2+2+3+25.6+e =Fe+O +4H =4Fe+2H O【解析】【详解】（1）根据反应方程式知，HCl 平衡转化率越大，平衡常数K 越大，结合图像知升高温度平衡转化率降低，说明升高温度平衡向逆反应方向进行，则K( 300) K( 400) ；由图像知， 400时， HCl 平衡转化率为 84%，用三段式法对数据进行处理得：4HCl(g)O 2 (g)2Cl 2 (g)2H 2 O(g)起始（浓度）c0c000变化（浓度）0.84c00. 21c0 0. 42c00. 42c0平衡（浓度） ( 1- 0. 84) c0(
8、0001- 0. 21) c 0. 42c0. 42c则 K= (1(0.42) 2(0.42) 2；根据题干信息知，进料浓度比过低，氧气大量剩余，导致分0.84)4(10.21)c0离产物氯气和氧气的能耗较高；进料浓度比过高，HCl 不能充分反应，导致HCl 转化率较低；（2）根据盖斯定律知，（反应I+反应 II+反应 III） 2 得4HCl(g)O 2 (g)2Cl 2 (g)2H 2 O(g)?H=（ ?H1+?H2 +?H3） 2=- 116kJ mol - 1；（3）若想提高HCl 的转化率，应该促使平衡正向移动，该反应为气体体积减小的反应，根据勒夏特列原理，可以增大压强，使平衡正
9、向移动；也可以及时除去产物，减小产物浓度，使平衡正向移动；（4）电解过程中，负极区即阴极上发生的是得电子反应，元素化合价降低，属于还原反应，则图中左侧为负极反应，根据图示信息知电极反应为：Fe3+ Fe2+e和 4Fe2+O2+4H3+2H4Fe+ 2O；电路中转移 1 mol 电子，根据电子得失守恒可知需消耗氧气的物质的量是1mol 4 0. 25mol ，在标准状况下的体积为 0. 25mol 22.4L/ mol 5. 6L。3 水蒸汽催化重整生物油是未来工业化制氢的可行方案。以乙酸为模型物进行研究，发生的主要反应如下： .CH3COOH（ g） +2H2O（g）? 2CO2（g） +4
10、H2（ g） H1 .CH3COOH（ g） ? 2CO（ g） +2H2（ g） H2 .CO2（ g） +H2（ g） ? CO（ g） +H2 O（ g） H3回答下列问题：（ 1）用 H1、 H2 表示， H3=_。（ 2）重整反应的含碳产物产率、 H2 产率随温度、水与乙酸投料比（S/C）的变化关系如图（ a）、（ b）所示。由图（ a）可知，制备H2 最佳的温度约为_。由图（ b）可知， H2 产率随 S/C 增大而 _（填“增大”或“减小”）。（3）向恒容密闭容器中充入等物质的量的 CH3 COOH和 H2O 混合气体，若仅发生反应至平衡状态，测得 H2 的体积分数为 50%，则
11、 CH3COOH的平衡转化率为 _。（ 4）反应体系常生成积碳。当温度一定时，随着 S/C 增加，积碳量逐渐减小，其原因用化学方程式表示为 _。【答案】VH 2-VH 1800 增大2240% C(s)+HO( g)CO(g)+H (g)2【解析】【分析】【详解】(1)根据题干信息分析，反应=1(反应 -反应 )，由盖斯定律可得H 3H 2 - H1 ，22故答案为：H 2 - H 1 ；2(2)由图 (a)可知，制备H2 在 800时，达到最高转化率，则制备氢气最佳的温度约为800 , 故答案为：800；由图(b)可知，S/C 增大时，反应I 平衡向正反应方向移动，反应III 平衡向逆反应方
12、向移动，使体系中的H2 的量增大，故答案为：增大；(3) 设 CH3COOH和H2O 的物质的量均为1mol ，平衡时，反应了CH3COOH x mol，列三段式有：CH 3 COOH g+2H2O g?2CO2g + 4H2 g起始 mol1100转化 molx2x2x4x平衡 mol1-x1-2x2x4x测得 H2 的体积分数为50%，则x4x2x1 ，计算得 x=0.4mol ，醋酸的转11 2x4x 2化率为： 0.4mol340%，故答案为：40%；100%=40%，即CH COOH平衡转化率为1mol(4) 当温度一定时，随着 S/C 增加，积碳量逐渐减小，是由于积碳与水蒸气反应生
13、成了CO和 H222，反应的化学方程式为 C(s)+H O( g)CO(g)+H (g)，故答案为：C(s)+H2 O( g)CO(g)+H2(g)；4 利用工业废气CO2 或 CO 和 H2 在一定条件下可制备燃料甲醇。利用工业废气CO合成甲醇，其能量变化示意图如下：(1)图中曲线 a 到曲线 b 的措施是 _。该反应S_0( 填“ 或”“ ”“或，” “，” “=”)。若此反应在a 点时已达平衡状态，a 点的转化率比c 点高的原因是_。c 点时该反应的平衡常数K _。【答案】加入催化剂abb处反应温度高，则反应速率快，反应相同时间生成的甲醇多，体积分数大abc反应I该反应为放热反应，温度升
14、高，平衡逆向16移动3【解析】【分析】【详解】(1)反应路径发生了变化，活化能下降，应为加入催化剂；反应发生后，气体物质的量减小，熵值减小，所以S0；(2)2molH 2 完全反应释放的热量是91kJ，现在反应达平衡后只释放了45.5kJ 的热量，所以H 消耗 1mol ，转化率为 50%，化学方程式为 CO(g)+2H(g)CH OH(g)，平衡时三种物质23CO、 H2、 CH3OH 的浓度分别为0.25mol/L 、 0.5mol/L 、 0.25mol/L ，平衡常数c(CH 3OH)0.25K= c(CO)c2 (H 2 ) =0.25 0.52 =4；三种物质都加入1mol 后，c
15、(CH 3 OH)0.75=1v 逆 ；Qc=2(H 2 )=c(CO)c0.75 12(3)a压缩容器体积，平衡正向移动，甲醇产率增大，a 符合题意；b将 CH3OH(g)从体系中分离，平衡正向移动，甲醇产率增大，b 符合题意；c恒容条件下充入He，各物质浓度不变，对平衡无影响，c 不合题意；d恒压条件下再充入 10molCO 和 20molH 2，达到平衡时，各物质浓度不变，甲醇的产率不变， d 不合题意；答案为： ab；(4)反应开始 5min 后， a 中温度比 b 中低，反应速率比b 中慢，生成甲醇的量少，体积分数小，所以， b 中甲醇体积分数大于a 中的原因是 b 处反应温度高，则
16、反应速率快，反应相同时间生成的甲醇多，体积分数大；比较b、 c 两点甲醇的体积分数，可得出Hbc。答案为： b 处反应温度高，则反应速率快，反应相同时间生成的甲醇多，体积分数大；abc；(5)在低温时，相同温度、相同时间内反应I 转化率最高，所以催化剂效果最好的是反应I；b 点尚未达到平衡状态，从催化剂效果更好的反应II 和 III 可知， b 点反应仍正向进行，所以 正逆 ；c 点温度更高，比a 提前达到平衡状态，所以a、 c 两点均是平衡点。从a、c 点的比较可以看出，温度升高CO2 的转化率减小，平衡逆向移动，所以正反应为放热反应，从而得出原因是：该反应为放热反应，温度升高，平衡逆向移动
17、；利用三段式，可以建立以下关系：CO 2 (g)3H 2 (g)?CH 3OH(g)H 2 O(g)起始量 (mol/L)0.51.500变化量(mol/L)1111333平衡量(mol/L)111162331116 。33=K= 1133()625 氢气是一种清洁高效的新型能源，如何经济实用的制取氢气成为重要课题。(1)硫碘循环分解水是一种高效、环保的制氢方法，其流程图如下：已知：反应 I： SO222241-1(g) + I (g) + 2H O(l) = 2HI(aq) + H SO (aq)H=213 kJ mol反应 II： H242222-1SO (aq) = SO (g) + H
18、 O(l) +1/2O (g)= +327HkJ mol反应 III： 2HI(aq) = H223-1(g) + I (g)= +172 kJmolH则反应 2H222H=_。O(l) = 2H (g)+O (g)(2)H2S 可用于高效制取氢气，发生的反应为2H2S(g)? S2(g) 2H2(g)。.若起始时容器中只有H2S，平衡时三种物质的物质的量与裂解温度的关系如图：图中曲线 1 表示的物质是 _( 填化学式 )。A 点时 H2S 的转化率为 _。C 点时，设容器内的总压为pPa，则平衡常数Kp=_(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压总压 物质的量分数 )。II.若在两个等体积的恒容容
19、器中分别加入2.0mol HS、 1.0mol HS，测得不同温度下H S 的222平衡转化率如图所示：M 点和 O 点的逆反应速率v(M)_v(O) ( 填 “”“或“”=，”下同 )；M 、 N 两点容器内的压强2P(M)_P(N)，平衡常数 K(M)_K(N)。【答案】 572kJmol 1250%p Pa S【解析】【分析】(1)利用盖斯定律进行反应2H2O(l) = 2H2(g)+O2(g)H 的计算；(2) .由反应方程式 2H2 S(g)S2(g)+2H2 (g)可知，若起始时容器中只有H2S，平衡时 S2 的物质的量为 H2 的1 ，则曲线 l 表示的物质是 S2 ，曲线 m
20、表示的物质是H2S，曲线 n 表示的2物质是 H2，据此分析解答；.反应 2H S(g)S (g)+2H (g)中， H S的物质的量增加，其平衡转化率反而减小，即M2222点和 O 点分别所在的曲线代表H2S 的起始量为 0.1mol 和 0.2mol ，据此解答；【详解】(1)根据盖斯定律，反应(+ + ) 2可得到反应2H2O(l) = 2H2(g)+O2 (g)，其H=2( H1+ H2+ H3 )=2 (172+327-213)=+572kJmol -1 ，故答案为： +572kJmol -1 ；(2) .由反应方程式2H S(g)S (g)+2H (g)可知，若起始时容器中只有HS
21、，平衡时 S22222的物质的量为 H2的1 ，则曲线l 表示的物质是 S2，故答案为：2；2S根据图像， A 点时，硫化氢和氢气的物质的量相等，根据2H2S(g)S2(g)+2H2(g)，说明反应的硫化氢与剩余的硫化氢相等，H2S 的转化率为50%，故答案为： 50%；根据 A 点可知，起始时硫化氢为20mol ，B 点时，硫化氢与S2的物质的量相等，设分解的硫化氢为 x，则 20-x= x ，解得 x= 40mol ，容器中含有 H2S20mol， S220mol ，2333H240mol ，物质的量分数分别为1 ， 1， 1 ，平衡常数3442( 1 p Pa)2( 1 p Pa)Kp=
22、 24=p Pa，故答案为： p Pa；( 1 p Pa)24.反应 2H2S(g)S (g)+2H (g)中， H S 的物质的量增加，其平衡转化率反而减小，即222M 点和 O 点分别所在的曲线代表H S 的起始量为0.1mol 和 0.2mol ，恒容容器中， M 点的2浓度小于 O 点，则逆反应速率 v(M) v(O) ，故答案为： ；由图像可知， H2S 的转化率均为45%，可列三段式有：2H2S g垐 ?S2 g +2H 2 g噲 ?起始 mol200转化 mol0.90.450.9平衡 mol1.10.450.9n(总 ) =1.1+0.45+0.9=2.45molN2H2S g
23、垐 ?S2 g +2H2 g噲 ?起始 mol100转化 mol0.450.2250.45平衡 mol0.550.2250.45n(总 )M=0.55+0.45+0.225=1.225mol2n(总)=n(总 )，又图像可知 T T ，由 PV=nRT可得， 2P(M)P(N)，MMMN20.22520.450.450.9K M =VV0.151=VV0.3010.552V， K N1.12，则 K(M)K(N)，故VVV答案为： ； 。【点睛】本题考查了盖斯定律的应用、化学平衡图象的分析应用，掌握盖斯定律的使用方法和图象题的分析方法是解题的关键。本题的易错点是 (2) ，注意理解平衡常数 K
24、p 的含义和计算方法。6 （ 1）如图的氮循环是生态系统物质循环的重要部分，人类活动加剧了氮循环中的物质转化。下列说法正确的是_（填字母序号）A 固氮过程中， N2 只做氧化剂B 硝化过程需要有氧化剂参与C 反硝化过程有助于弥补人工固氮对氮循环造成的影响D 同化、氨化过程中，实现了氮元素在无机物和有机物之间的转化反硝化过程中， CH3OH 可作为反应的还原剂，1mol 还原剂失去 6mol 电子。请将该反应的离子方程式补充完整： 5CH33_+_+_+_，OH+ NO_（2）研究表明，氮氧化物（NOx）和二氧化硫都与大气中雾霾的形成有关。已知： SO2生成3223SO 总反应方程式是2SO (
25、g) O (g)2SO (g) H 196.6kJ/mol此反应可通过如下两步完成：2NO(g) O2(g)2NO21(g) H 113kJ/molNO (g) SO (g)SO (g) NO(g) H_。2232一定温度下，向2L 恒容密闭容器中充入NO22各 1mol， 5min 达到平衡，此时容器和 SO中 NO2 和 NO 的浓度之比为1 3，则 NO2 的平衡转化率是 _。（3）砷（ As）是第四周期 A 族元素，其化合物，有着广泛的用途。AsH3 的稳定性比NH3 的稳定性 _（填 “强 或“弱 ）。用原子结构解释原因_。常将含砷废渣（主要成分为As2S3）制成浆状，通入O2 氧化
26、，生成 H3AsO4 和单质硫。写出发生反应的化学方程式 _。 298K 时，将 20mL3xmol?L-1Na3AsO3、 20mL3xmol?L-1I2 和 20mLNaOH 溶液混合，发生反应： AsO33-(aq)+I2(aq)+2OH-AsO43-(aq)+2I-(aq)+H2O(l)。溶液中c(AsO43)与反应时间（ t ）的关系如图所示。若平衡时溶液的pH=14，则该反应的平衡常数K 为 _。【答案】 BCD5CH3OH+6NO3-N2 +4HCO3-+CO32- +8H2O41.8kJ/mol75%弱N和 As 位于同一主族，As 的电子层数比N 的多，原子半径As 比 N的
27、大，得电子能力As 比N 弱，非金属性As 比 N弱，氢化物AsH3 的稳定性比NH3 弱2As2S3+5O2+6H2O=4H3AsO4+6S4y 3(x-y) 2【解析】【分析】【详解】（1） A氮气在大气中氧化为亚硝酸根离子、硝酸根离子，N 的化合价升高，被氧化，所以 N2 作还原剂，故 A 错误；B NH转化成 HNO ，增加了 O 元素，则 NH被氧气氧化，所以在硝化细菌作用下发生的323硝化过程需要有氧化剂参与，故B 正确；C反硝化过程，生成氮气，向大气提供氮气，即反硝化过程有助于弥补人工固氮对氮循环造成的影响，故 C 正确；D氨化过程是动植物蛋白转化为氨气或铵根离子，即有机物转化为无机物，同化、氨化过程中，实现了氮元素在无机物和有机物之间的转化，故D 正确；故选
