2021版浙江高考選考化學(xué)一輪復(fù)習(xí)教師用書：專題85化學(xué)反應(yīng)原理強化突破（二）

化學(xué)反應(yīng)原理強化突破(二)1．(2016·浙江10月選考，T30)氯及其化合物在生活和生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。(1)已知：900 K時，4HCl(g)＋O2(g)2Cl2(g)＋2H2O(g)，反應(yīng)自發(fā)。①該反應(yīng)是放熱還是吸熱，判斷并說明理由：____________________________。②900 K時，體積比為4∶1的HCl和O2在恒溫恒容的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)，HCl的平衡轉(zhuǎn)化率α(HCl)隨壓強(P)變化曲線如圖。保持其他條件不變，升溫到T K(假定反應(yīng)歷程不變)，請畫出壓強在1.5×105～4.5×105 Pa范圍內(nèi)，HCl的平衡轉(zhuǎn)化率α(HCl)隨壓強(P)變化曲線示意圖。(2)已知：Cl2(g)＋2NaOH(aq)===NaCl(aq)＋NaClO(aq)＋H2O(l)　ΔH1＝－102 kJ·mol－13Cl2(g)＋6NaOH(aq)===5NaCl(aq)＋NaClO3(aq)＋3H2O(l)　ΔH2＝－422 kJ·mol－1①寫出在溶液中NaClO分解生成NaClO3的熱化學(xué)方程式：________________________。②用過量的冷NaOH溶液吸收氯氣，制得NaClO溶液(不含NaClO3)，此時ClO－的濃度為c0 mol·L－1；加熱時NaClO轉(zhuǎn)化為NaClO3，測得t時刻溶液中ClO－濃度為c1 mol·L－1，寫出該時刻溶液中Cl－濃度的表達(dá)式：c(Cl－)＝________mol·L－1(用c0、c1表示)。③有研究表明，生成NaClO3的反應(yīng)分兩步進行：Ⅰ　2ClO－===ClO＋Cl－Ⅱ　ClO＋ClO－===ClO＋Cl－常溫下，反應(yīng)Ⅱ能快速進行，但氯氣與NaOH溶液反應(yīng)很難得到NaClO3，試用碰撞理論解釋其原因：_____________________________________________。(3)電解NaClO3水溶液可制備NaClO4。在電解過程中由于陰極上吸附氫氣，會使電解電壓升高，電解效率下降。為抑制氫氣的產(chǎn)生，可選擇合適的物質(zhì)(不引入雜質(zhì))，寫出該電解的總化學(xué)方程式：____________________________________。解析：(1)①對于反應(yīng)4HCl(g)＋O2(g)2Cl2(g)＋2H2O(g)，自發(fā)進行，則ΔG＝ΔH－TΔS<0，又ΔS<0，則ΔH<0，即放熱。②溫度升高，平衡逆向移動，HCl的平衡轉(zhuǎn)化率α(HCl)減??；該反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，增大壓強，平衡正向移動，HCl的平衡轉(zhuǎn)化率α(HCl)增大，故在T K時，壓強在1.5×105～4.5×105 Pa范圍內(nèi)，HCl的平衡轉(zhuǎn)化率α(HCl)隨壓強(P)變化曲線如圖所示。(2)①將題干中的兩個反應(yīng)分別標(biāo)為a、b，根據(jù)蓋斯定律：由b－a×3得3NaClO(aq)===NaClO3(aq)＋2NaCl(aq)　ΔH＝－116 kJ·mol－1。②根據(jù)得失電子守恒：Cl2～e－～ClO－～Cl－，即制得NaClO溶液(不含NaClO3)時，c(Cl－)＝c(ClO－)＝c0 mol·L－1；3ClO－～4e－～ClO～2Cl－，即加熱NaClO轉(zhuǎn)化為NaClO3時，生成的c(Cl－)＝c(ClO－)＝(c0－c1)mol·L－1，即t時刻c(Cl－)＝ mol·L－1＝ mol·L－1。答案：(1)①放熱反應(yīng)，ΔS<0且反應(yīng)自發(fā)②(2)①3NaClO(aq)===2NaCl(aq)＋NaClO3(aq)　ΔH＝－116 kJ·mol－1②c0＋(或)③反應(yīng)Ⅰ的活化能高，活化分子百分?jǐn)?shù)低，不利于ClO－向ClO轉(zhuǎn)化(3)2NaClO3＋O22NaClO42．(2020·浙江十校聯(lián)盟考試)CO和CO2的處理和利用是化學(xué)工業(yè)重要的課題。(1)催化還原CO2是解決溫室效應(yīng)及能源問題的重要手段之一，在適當(dāng)?shù)拇呋瘎┐嬖谙?/span>，可發(fā)生反應(yīng)：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)。在830 ℃時，在催化劑存在下，0.1 mol CO2和0.1 mol H2在恒溫、容積恒定為1 L 的密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，20 min后達(dá)到平衡，測得CO2的轉(zhuǎn)化率為50%，反應(yīng)吸收的熱量為a kJ。①可以判斷該反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡的是________。A．v(CO)＝v(CO2)B．斷開H—O鍵的物質(zhì)的量與斷開CO2中C===O鍵的物質(zhì)的量相同C．密閉容器中混合氣體的密度不變D．密閉容器中氣體的平均相對分子質(zhì)量不變②在第25 min時，保持溫度不變，迅速往容器中再充入0.1 mol H2，至第50 min時反應(yīng)重新達(dá)到平衡，請在圖中畫出從第25 min至第60 min H2的物質(zhì)的量濃度隨時間變化的曲線。③水煤氣變換反應(yīng)為CO＋H2OCO2＋H2，在830 ℃時，在催化劑存在下，0.1 mol CO和0.1 mol H2O(g)在恒溫、容積恒定為1 L的密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，達(dá)到平衡時反應(yīng)放出的熱量為b kJ。請寫出此反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：_____________________________。(2)采用高溫熔融混合碳酸鹽Li0.896Na0.625K0.479CO3作為電解質(zhì)，吸收并電解CO2制得無定形碳，是二氧化碳的資源化利用的一種新途徑。此法的陰極的電極反應(yīng)式為________________________________________________________________________________。(3)一氧化碳經(jīng)過一系列變化可以制得草酸。25 ℃時草酸(H2C2O4)的兩步電離常數(shù)分別為Ka1＝5.9×10－2、Ka2＝6.4×10－5，已知水解平衡常數(shù)Kh＝Kw/Ka，請通過計算判斷KHC2O4溶液的酸堿性：_______________________________。(必須寫出過程)解析：(1)①無論反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)，都有v(CO)＝v(CO2)，A項錯誤；1 mol CO2中含有2 mol C===O鍵，1 mol H2O中含有2 mol H—O鍵，故當(dāng)斷開H—O鍵的物質(zhì)的量與斷開C===O鍵的物質(zhì)的量相同時，說明正、逆反應(yīng)速率相同，反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)，B項正確；由于該反應(yīng)中的物質(zhì)全是氣體，且容器容積不變，故無論反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)，混合氣體的密度均不變，C項錯誤；由于反應(yīng)物與生成物均為氣體，且反應(yīng)前后氣體總物質(zhì)的量不變，故氣體的平均相對分子質(zhì)量始終不變，D項錯誤。②由第一次達(dá)到平衡時的數(shù)據(jù)可求得K＝1，設(shè)第二次達(dá)到平衡時轉(zhuǎn)化的H2為x mol，則達(dá)到平衡時c(CO2)＝(0.05－x) mol·L－1，c(H2)＝(0.15－x) mol·L－1，c(CO)＝(0.05＋x) mol·L－1，c(H2O)＝(0.05＋x) mol·L－1，代入K的表達(dá)式中解得x＝0.016 7，則重新達(dá)到平衡時c(H2)＝(0.15－0.016 7) mol·L－1＝0.133 3 mol·L－1。③CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)按0.1 mol CO2和0.1 mol H2投料進行反應(yīng)，與水煤氣變換反應(yīng)按0.1 mol CO和0.1 mol H2O(g)投料進行反應(yīng)，達(dá)到平衡時，前者吸收的熱量與后者放出的熱量相同，故水煤氣變換反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　ΔH＝－20a kJ·mol－1或ΔH＝－20b kJ·mol－1或ΔH＝－10(a＋b) kJ·mol－1。(2)以高溫熔融混合碳酸鹽為電解質(zhì)，吸收并電解CO2制備無定形碳的陰極反應(yīng)式為3CO2＋4e－===C＋2CO。答案：(1)①B②③CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　ΔH＝－20a kJ·mol－1[或ΔH＝－20b kJ·mol－1或ΔH＝－10(a＋b) kJ·mol－1](2)3CO2＋4e－===C＋2CO(3)HC2O的水解常數(shù)Kh＝＝≈1.7×10－13，Kh<Ka2，因此HC2O的水解程度小于其電離程度，KHC2O4溶液顯酸性3．異丁烷脫氫制異丁烯的反應(yīng)：CH3CH(CH3)CH3(g)―→CH2===C(CH3)CH3(g)＋H2(g)　ΔH1副反應(yīng)為裂解反應(yīng)：CH3CH(CH3)CH3(g)―→CH2===CHCH3(g)＋CH4(g)　ΔH2＝84 kJ·mol－1(1)已知：化學(xué)鍵C—HC—CC===CH—H鍵能/(kJ·mol－1)412348612436試計算異丁烷脫氫反應(yīng)的ΔH1＝________kJ·mol－1。(2)不同壓強條件下異丁烷脫氫反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率如圖1所示。圖1下列說法不正確的是________。A．主反應(yīng)和副反應(yīng)均在低溫條件下自發(fā)進行B．開發(fā)高選擇性的催化劑，有效抑制副反應(yīng)的發(fā)生，可提高異丁烯的選擇性C．由圖1可知，600～1 000 K范圍內(nèi)，溫度不變，壓強增大，異丁烷脫氫反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率降低D．選擇合適的溫度，使催化劑的活性最大，有利于提高異丁烷的平衡轉(zhuǎn)化率(3)平衡常數(shù)的表達(dá)式中平衡濃度可以用平衡時各氣體的分壓代替(分壓＝物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)×總壓強)。圖1中，A點狀態(tài)下的異丁烷脫氫反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp＝______(保留兩位有效數(shù)字)。(4)常壓、833 K條件下，異丁烷脫氫制異丁烯的轉(zhuǎn)化率隨著惰性氣體與異丁烷比例的變化情況如圖2，請解釋隨著惰性氣體與異丁烷比例的增加，異丁烷轉(zhuǎn)化率逐漸增加的原因：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(5)請在圖2中畫出溫度為T(T<833 K)，其他條件不變時，異丁烷轉(zhuǎn)化率的圖像。圖2解析：(1)由異丁烷脫氫制異丁烯的反應(yīng)可知，ΔH1＝2×412 kJ·mol－1＋348 kJ·mol－1－612 kJ·mol－1－436 kJ·mol－1＝124 kJ·mol－1。(2)主反應(yīng)和副反應(yīng)的焓變、熵變均大于零，故均在高溫條件下自發(fā)進行，A項錯誤；催化劑的選擇性高，副反應(yīng)發(fā)生的少，從而提高異丁烯的選擇性，B項正確；由題圖1知，在600～1 000 K范圍內(nèi)，溫度不變，增大壓強，異丁烷脫氫反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率降低，C項正確；催化劑只影響反應(yīng)速率，而不影響異丁烷的平衡轉(zhuǎn)化率，D項錯誤。(3)A點T＝900 K，p＝0.1 MPa，異丁烷的平衡轉(zhuǎn)化率為80%，假設(shè)初始異丁烷的物質(zhì)的量為a，則達(dá)到平衡時，異丁烯和氫氣的物質(zhì)的量均為0.8a，剩余異丁烷的物質(zhì)的量為0.2a，根據(jù)題給信息，平衡時異丁烷的分壓為·p＝p，異丁烯和氫氣的分壓均為·p＝p，平衡常數(shù)Kp＝＝p＝0.18。(4)壓強不變，增大惰性氣體與異丁烷的比例，相當(dāng)于恒壓條件下，充入惰性氣體，則體系壓強減小，平衡正向移動，故異丁烷脫氫的轉(zhuǎn)化率提高。(5)溫度降低，平衡逆向移動，異丁烷的轉(zhuǎn)化率降低。答案：(1)124　(2)AD　(3)0.18　(4)壓強不變時，惰性氣體的加入，降低了反應(yīng)體系中各氣體的分壓(相當(dāng)于減壓)，促使脫氫反應(yīng)向正反應(yīng)方向進行，提高了異丁烷脫氫的轉(zhuǎn)化率(5)如圖所示4．(2020·溫州選考一模)甲醇是一種重要的有機化工原料，CO2與H2在催化劑CZZA(普通銅基催化劑)作用下合成甲醇，相關(guān)反應(yīng)如下：反應(yīng)Ⅰ　CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH1＝－49.2 kJ·mol－1反應(yīng)Ⅱ　CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)　ΔH2已知：①CO和H2的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱分別為283.0 kJ·mol－1和285.8 kJ·mol－1②H2O(g)===H2O(l)　ΔH3＝－44.0 kJ·mol－1請回答：(1)反應(yīng)Ⅱ的ΔH2＝________kJ·mol－1。(2)研究表明：在其他條件相同的情況下，將催化劑CZZA換成新型催化劑CZZA/rGO，可以顯著提高甲醇的選擇性，試用過渡態(tài)理論解釋其原因：___________________________________________________________________________________________________。(3)以CZZA/rGO為催化劑，在一定條件下，將物質(zhì)的量之比為1∶3(總量為a mol)的CO2與H2通入恒容密閉容器中進行反應(yīng)，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率和甲醇的選擇率(甲醇的選擇率：轉(zhuǎn)化的CO2中生成甲醇的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))隨溫度的變化趨勢如下圖所示：①在553 K時，反應(yīng)體系內(nèi)甲醇的物質(zhì)的量為________mol。②隨著溫度的升高，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率增加但甲醇的選擇率降低，請分析其原因：________________________________________________________________________。(4)將CO2與H2按物質(zhì)的量之比為1∶3通入恒溫恒容密閉容器中，控制條件，使其僅僅按反應(yīng)Ⅰ進行，得到甲醇的體積分?jǐn)?shù)與時間的關(guān)系如下圖所示。保持其他條件不變，t1時再向容器中加入一定量物質(zhì)的量之比為1∶3的CO2與H2混合氣體，t2時再次達(dá)到平衡，請在下圖中畫出t1～t3時間內(nèi)甲醇體積分?jǐn)?shù)隨時間的變化曲線。(5)在催化劑作用下，以NaOH溶液為電解液，將甲烷氣體通入石墨復(fù)合電極，電解產(chǎn)生甲醇。寫出陽極反應(yīng)的電極反應(yīng)式：______________________________________。解析：(1)①CO(g)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝－283.0 kJ·mol－1，②H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH＝－285.8 kJ·mol－1，③H2O(g)===H2O(l)　ΔH3＝－44.0 kJ·mol－1，根據(jù)蓋斯定律，由②－①－③得反應(yīng)Ⅱ的ΔH2＝－285.8 kJ·mol－1－(－283.0 kJ·mol－1)－(－44.0 kJ·mol－1)＝41.2 kJ·mol－1。(2)在其他條件相同的情況下，將催化劑CZZA換成新型催化劑CZZA/rGO，可以顯著提高甲醇的選擇性，用過渡態(tài)理論解釋其原因是新型催化劑能將反應(yīng)Ⅰ活化能降低更多，使反應(yīng)物更容易生成甲醇。(3)①在553 K時，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率為21%，甲醇的選擇率為60%，則反應(yīng)體系內(nèi)甲醇的物質(zhì)的量為 0.25a mol×21%×60%＝0.031 5a mol；②隨著溫度的升高，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率增加但甲醇的選擇率降低，其原因是當(dāng)溫度升高時反應(yīng)Ⅰ平衡逆向移動，而反應(yīng)Ⅱ平衡正向移動且幅度更大。(4)保持其他條件不變，t1時再向容器中加入一定量物質(zhì)的量之比為1∶3的CO2與H2混合氣體，t2時再次達(dá)到平衡，t2時相當(dāng)于對原平衡進行加壓，平衡正向移動，甲醇的體積分?jǐn)?shù)增大，如圖。(5)陽極甲烷氧化生成甲醇，電極反應(yīng)式為CH4－2e－＋2OH－===CH3OH＋H2O。答案：(1)41.2　(2)新型催化劑能將反應(yīng)Ⅰ活化能降低更多，使反應(yīng)物更容易生成甲醇　(3)①0.031 5a　②當(dāng)溫度升高時反應(yīng)Ⅰ平衡逆向移動，而反應(yīng)Ⅱ平衡正向移動且幅度更大(4)(5)CH4－2e－＋2OH－===CH3OH＋H2O