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1、化学反应原理综合题1.正戊烷异构化为异戊烷是油品升级的一项重要技术.正戊烷和异戊烷的部分性质如表：名称结构简式熔点/沸点/燃烧热/kJ-mol-1正戊烷C H 3c H 2c H 2c H 2c H 3-1 3036350 6.1异戊烷(C H3)2C H C H2C H3-1 59.427.8350 4.1回答下列问题：(1)稳定性：正戊烷 异戊烷(填“”或“=或“小则（填“”或“”）0。温度为T时，向10L恒容密闭容器中充入也和CO?的混合气体4 m o l,此时容器4内压强为4 P,两种气体的平衡转化率。与起始时n（H2）/n（C O j的关系如图2所示。图2中C02的平衡转化率与n（H
2、2）/n（C。?）的 关 系 可 用 曲 线（填“L/或“L J）表示。该温度下，此 反 应 的 平 衡 常 数 勺=（用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压x物质的量分数）。（3）我国某科研团队研究出以过渡金属为催化剂电催化还原二氧化碳制甲醇的途径，大大提高了甲醇的产率，原理如图3所示。质子交换膜图3电解过程中，电解质溶液中H+向（填“石墨1”或“石墨2”）电极迁移,石墨1上发生的电极反应为 04【答案】-86.98 降低温度 增大压强（减小体积）L,翦石墨1 C02+6H+6e=CH3OH+H2O【详解】（i）根据盖斯定律，由反应i+反应n得2NH3（g）+CO2（g）CO（NH2）2（s
3、）+H2O（g）凶3=+凶2=-159.47U-mol-1+（+72.49kJ-mor1）=-86.98kJ-mof1；5根据题给热化学方程式可知该反应是气体分子数减小的放热反应，提高该反应平衡转化率的方法有降低温度增大压强（减小体积）；（2）根据题图1可知，相同压强和相同投料比的条件下，温度越高，&的平衡转化率越低，说明该反应的正反应为放热反应，A H 0；当C0?的量一定时，增大凡的量，C0?的平衡转化率增大，即:瞿 越大，矶 CO?JCO?的平衡转化率越大，所以C02的平衡转化率与n（H2）/n（C O j的关系可用曲线L表示。当反应物的投料比等于方程式中化学计量数之比时反应物的平衡转化
4、率相等，由题图2可知也和CO?的平衡转化率相同时两者的平衡转化率为50%,即 当 蒸 汽=3时，凡和CO?的平衡转化率均为5 0%,共充入&和CO?的混合气体4mo l,则起始时（凡）=3mo l,n（CO2）=lm o l,列出三段式：平衡时气体总物质的量为0.5mol+l.5moi+0.5mol+0.5moi=3mol,反应前气体总物质co2(g)+3H2 (g)CH30H(g)+H2O(g)起始量11.500/mol转化量0.51.50.50.5/mol平衡量0.51.50.50.5/mol的量为4mo l,压强为4 p,则反应达平衡时总压强为3p,61 1132PX2P 4/?（C O
5、2）=/7（C H3OH）=/?（H2O）=-P ,=所以 K p=j?=2 7 0一 一 w(3)由电解原理图可知，石墨2上H Q f O?,则石墨2电极为阳极，阳极的电极反应式为2H2O-4e-=O2T+4H+,石墨1上CO?(g)-CHQH,则石墨1电极为阴极，电极反应式为CO2+6H+6e-=CHQH+H2。，在电解池中阳离子向阴极移动，所以电解质溶液中H+向石墨1电极移动。3.(2021 河北高三适应性考试)我国科学家最近发明了一种Zn-PbO2电池，电解质为K2so4、H2s0,和K O H,由a和b两种离子交换膜隔开，形成A、B、C三个电解质溶液区域，结构示意图如下：回答下列问题
6、：(1)电池中，Zn为 极，B区 域 的 电 解 质 为(填“0 04”、“H2SO4 w 或“KOH”)0(2)电 池 反 应 的 离 子 方 程 式 为。7(3)阳离子交换膜为图中的 膜(填 a”或 b”)。(4)此电池中，消耗6.5g Z n,理论上可产生的容量(电量)为 毫安时(m A h)(1 m o l 电子的电量为1 F,F=96500C m o F1,结果保留整数)(5)已知E 为电池电动势(电池电动势即电池的理论电压，是两个电极电位之差，E=E(+)-EH),A G为电池反应的自由能变，则该电池与传统铅酸蓄电池相比较，Ez n-PbO?Epb 一 Pbo?;G zn-P b
7、O,G p b-P b o J 填或。此温度下，在盛有Z n S 的刚性容器内通入压强为L O l x l O p a 的也，达平衡时H 2 s 的分压为 P a (结果保留两位小数)。【答案】负 K 2 s。4 P b O2+S O；-+Z n+2 H2O=P b S O4+Z n(O H);a 53 60 E pb-P b O?；不同电池的电势差越大，电池反应的自由能变就越小。由于Z n-P b Oz 的电势差比P b-P b 02的电势差大，所以G.pb”A G pb g；(6)反应 Z n S(s)+H z(g)Z n(s)+H 2 s(g)在 7 2 7 c 时的平衡常数J =2.2
8、4x10、若在盛有Z n S 的刚性容器内通入压强为LOlX KT pa 的小，由于该反应是反应前后气体体积不变的反应，因此反应前后气体总压强不变，假如H 2 s 占总压强分数为x,则乩为(l-x),根据平衡常数的含义可得 4 Q.2 4?,1-X解得x=2.2 4 X 1 0%所以达到平衡时H 2 s 的分压为2.2 4 X 1 0-6X 1.0 1 X91 05P a=0.2 3 P a04.（2 0 2 1 北京西城区-高三期末）石油天然气开采和炼制过程中会产生大量含硫废水（其中S 元素的主要化合价是-2 价），对设备、环境等造成严重危害。已知：H 2 s 有剧毒；常温下溶解度为1 ：2
9、.6（体积）。（1）H2S.H S S?-在水溶液中的物质的量分数随p H的分布曲线如图。当pH 8时，含硫废水中最主要的含硫（-2 价）微粒是 o（2）沉淀法处理含硫废水：向p H 8 的含硫废水中加入适量C u 的溶液，产生黑色沉淀且溶液的pH降低。用化学平衡移动的原理解释溶液的pH降低的原因：o（3）氧化还原法处理含硫废水：向p H 8 的含硫废水中加入一定浓度的N a 2 s 溶液，加酸将溶液调为pH=5,产生淡黄色沉淀。反应的离子方程式是 o10不同pH时，硫化物去除率随时间的变化曲线如图。本工艺选择控制体系的pH=5,不选择p H V 5,从环境保护的角度分析其主要原因：。-O-p
10、H=5+pH=6pH=70 2 4 6 8 10 12 14 16反应时间/min(4)电浮选絮凝法处理含硫废水：铝作阳极、石墨作阴极，以直流电电解含一定浓度N a 2 s O,的pH七8的含硫废水。阳极产生微小气泡，随后溶液中产生淡黄色浑浊，阳极附近生成的胶体吸附淡黄色浑浊。用离子方程式表述产生淡黄色浑浊的可能原因：(1 种即可)。阴极产生的气泡把污水中的悬浮物(含阳极扩散的胶体)带到水面形成浮渣层,结合电极反应式解释胶体和浮渣层的形成过程：o【答案】HS-含硫废水中存在HS-,IT+S?-,加入适量C/+的溶液，S2+C u2+=C u S l ,c IS?-)减小，使 HS.的电离平衡正
11、向移动，c G T)增大，溶液的pH降低2 HS*S O；+4 H+=3 S I +3 H2。p H V 5 时，溶液中-2 价 S 元素主要以H2 s 的形式存在，常温下H2 s 的溶解度为1 ：2.6,酸性强使H2 s 更易逸出，H2 s 有剧毒会污染环境 2 HS+02+2 H+=2 S I +2 H20 (02+2 HS=2 S I +2 0 1 T)或 HS-2 e-=S I +4阳极：Al-3 e =Al3+,A)+形成 Al (OH)3 胶体，阴极：2 H20+2 e =H21 +2 0 IT,H211气泡把污水中吸附了 S的A1(OH)3 胶体悬浮物带到水面形成浮渣层【详解】(
12、1)由图像可知，当p H 8 时，含硫废水中最主要的含硫(-2 价)微粒是HS-；(2)当pH心8 时，含硫废水中最主要的含硫(-2 价)微粒是HS，则含硫废水中存在HS-l T+S?-,加入适量CI?+的溶液，发生反应S 2-+C=C u S I ,生成C u S 黑色沉淀，c(S。减小，使作一的电离平衡正向移动，c(IT)增大，溶液的pH降低；(3)当p H 8 时，含硫废水中最主要的含硫(-2 价)微粒是H S,加入一定浓度的N a 2 s 溶液，加酸将溶液调为pH=5,产生淡黄色沉淀为S 单质，HS-与s o；在酸性环境下发生归中反应生成S 单质，反应的离子方程式是2 HS*s o；+
13、4 H*=3 S I +3 H20；本工艺选择控制体系的pH=5,不选择p H V 5,从环境保护的角度分析其主要原因为：p H V 5 时，溶液中-2 价 S 元素主要以H2 s 的形式存在，常温下H2 s 的溶解度为1 ：2.6,酸性强使H2 s 更易逸出，H2 s 有剧毒会污染环境；(4)p H 8 的含硫废水中硫(-2 价)微粒最主要是H S,铝作阳极，阳极发生反应Al-3 e.=A 1*石墨作阴极，阴极发生反应2 H2 0+2 e-=乩t+2 0 1 T,阳极产生微小气泡，则阳极可能发生反应2 HQ-4 e =O2 T+4 H+,随后溶液中产生淡黄色浑浊，即有S 单质生成，则可能是氧
14、气将HS-氧化为S 单质，也有可能是HS-在阳极失电子被氧化生成S 单质，故可能是发生了反应2 HS+O2+2 H+=2 S I+2 H20 (02+2 HS=2 S I +2 0 H-)或 H SYe=S；+H*；12阴极产生的气泡把污水中的悬浮物(含阳极扩散的胶体)带到水面形成浮渣层是由于阳极：Al-3 e =Al3+,Al，+形成 Al (OH)3胶体,阴极：2 H2O+2 e =H21 +2 0 H,出气泡把污水中吸附了 S的Al (OH)3胶体悬浮物带到水面形成浮渣层。5.(2021陕西渭南市高三一模)2020年世界环境日的宣传主题为“关爱自然，刻不容缓”。防治大气污染、水体污染等是
15、世界各国保护环境的最重要课题。(1)将CH4催化重整为可用的化学品，对改善环境意义重大。某科研团队利用N i-CaO-F eQ4三元催化剂在8 5(r c下“超干重整”(3凡和CC)2 0已知：反应 I.CH4(g)+CO2(g)2 CO(g)+2 H2(g)AH=+2 4 7 k J mo F1反应H.CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)AH=-4 1 k J mo F1则反应ID.CH4(g)+3 CO2(g)4 CO(g)+2 H2O(g)AH=。在体积为IL的刚性容器中进行“合成气催化重整”，反应的化学方程式为CH4(g)+CO2(g)2 CO(g)+2 H2(g)o 当投
16、料比，碧4=1。时，CO?的平衡转化率“)与温度、初始压强(p)的关系如图所示。压强必(填“”“”或“=，下同)P2；当温度为1、压强为小时，a点时的V(逆)v G E)；起始时向容器中加入Imo l CH4和l mo l CO2,在温度为T6 初始压强为P2时反应，该反应的o130.60.5a(CO2)77K“合成气催化重整”过程中有副产物碳生成，碳的积累会严重影响催化剂的活性。某研究小组计算和模拟实验表明积碳量（催化剂表面碳的质量与催化剂的质量之比）与投料比、温度的关系如图。).0.5.05.0.5.0%-4.3.3.ZZLL.，IX当 投 料 比 嘿=2.0时，要使积碳量最小，应调节温度
17、为（2）氮的氧化物是造成大气污染的主要物质，研究氮氧化物的反应机理更有助于消除大气污染。N H,催化还原NO是重要的烟气脱硝技术，研究发现在以Fe。为主的催化剂上可能发生的反应过程如图。写出脱硝过程的总反应的化学方程式：。14催化氧化法去除N O是在一定条件下，用N H,消除N O污染，其反应原理为4 N H3+6 N O催:剂5N2+6H2OO不同温度条件下，n（N Hj:n（N O）为2:1时，得到N O脱除率曲线如图所示。脱除NO的最佳温度是 o在温度超过1 0 0 0 C时N O脱 除 率 骤 然 下 降 的 原 因 可 能 是。NO脱除率0.750.650.550.450.350.2
18、50.150.05B(900,0.75)1000.0.70)(800,0.55)800 900 1000 11001200N O氧化反应：2 N O（g）+O2（g）2 N C）2（g）分两步进行，反应I.2 N O（g）N2O2（g）,反应 IL N 2 C）2（g）+C）2（g）f 2 N C）2（g）,其反应过程能量变化示意图如图。其中决定N 0氧 化 反 应 速 率 的 步 骤 是 反 应（填“I ”或“n ”）。2 N()(g)+(yg/N2O2(g)i o2(g)2 N Q(g)反 应 过 程【答案】+3 2 9k J m o r1 ”或“V”)。(2)在恒容密闭容器中通入等物质的
19、量的COZ和庆并发生上述反应，T C下，CO2物质的量浓度c(C02)随时间t变化的曲线如图所示。下列能说明反应达到平衡 状 态 的 是(填 字 母 代 号)。c(CO2)/(moi-L*1)X机.、-IIIIo 20 泉A.体系压强保持不变B.混合气体密度保持不变C.甲烷和水蒸气的物质的量之比保持不变D.4的质量分数保持不变(3)T 下，反应前20 s的平均反应速率V(H2)=(用含a、b的代数式表示)。(4)T C下，该反应的平衡常数K=(用含a、b的代数式表示)。(5)若降低温度，反应重新达到平衡，则v(正)；COZ转化率(填“增大”“减小”或“不变”)。【答案】2AHAH2 AD 呼m
20、 ol/(Ls)渭：)；减5 b(4b-3a)小 增大18【分析】以C0 2的捕集利用技术为题材，重点考查盖斯定律、化学反应进行的方向、化学反应速率、化学平衡的建立、化学平衡的移动、平衡常数等知识，考查考生应用已有知识解决实际问题的能力。【详解】I.根据盖斯定律，反应3=2 X反应1-反应2,所以A H3=2A HA H2。正确答案：2 A H-A H2 oII.(1)这是一个气体体积减小的反应，所以反应端变A S 0。因为温度升高时，平衡体系上的体积分数增大，即平衡逆向移动，所以正反应为放热反应，H 0 o 故答案为：；H20 2(a-b)m ol/L,所以反应达到平衡时，C 02b m o
21、l/L,H2 a-4 (a-b)m ol/L=(4 b-3 a)m ol/L，C H4(a-b)m ol/L,H20 2(a-b)m ol/L,(a-b)-2(a-b)2力(4 b 3 a)4正确答案:4(g-/?)3/?-(4/?-3 t z)4(5)温度降低时，化学反应速率减小，重新建立平衡后，v(正)也减小。由于该反应是放热反应，降低温度后平衡正向移动，所 以C O 2的转化率增大。正确答案：减小、增大。【点睛】化学平衡状态主要可以利用概念进行判断，即正逆反应速率相等或各物质的含量保持不变。一些判断题型中不能直接采用概念进行时，可以判断在反应正向或逆向进行时不能满足要求，那么反应一定是处
22、于化学平衡状态。值得注意的是，反应进行至物质的量之比(或浓度比)为定值时的状态一般是反应的特定状态，这种状态一般不是化学平衡状态。7.(2 0 2 1 重庆高三适应性考试)内酯在化工、医药、农林等领域有广泛的应用。(1)内酯可以通过有机竣酸异构化制得。某竣酸A在0.2 m ol/L盐酸中转化为内酯B的反应可表示为A(a q)B(a q)，忽略反应前后溶液体积变化。一定温度20下，当A的起始浓度为a mol/L时，A的转化率随时间的变化如下表所示:t/min02136506580100OOA的转化率/%013.320.027.833.340.045.075.0反应进行到100 min时，B的浓度
23、为 mol/Lov 正(t=50 mi n)v 逆(t=8m in)(填V 或 =)。增加A的起始浓度，A在t=8m in时 转 化 率 将(填“增大”“减小”或“不变”)o该温度下，平 衡 常 数 代;在 相 同 条 件 下，若反应开始时只加入B,B的起始浓度也为a m ol/L,平衡时B的 转 化 率 为。研究发现，其他条件不变时，减小盐酸的浓度，反应速率减慢，但平衡时B的含量不变，原因是。(2)内酯也可以通过电化学合成。以石墨电极为阳极，伯电极为阴极，CH3CN作为溶剂，LiClO,作为电解质，经电解合成内酯的反应式如下：产 生 小 的 电 极 为(填“石墨电极”或“钳电极”)；通电一段
24、时间后,溶液中向粕电极迁移的离子为 o21写出石墨电极上的电极反应式 0【答案】0.45 a 不变 3 2 5%盐酸是催化剂，催化剂能改变反应速率但不影响化学平衡 粕电极 H+2 H+【分析】结合已知条件、按化学反应速率的定义、化学平衡常数的定义等列式计算、运用影响速率的因素理论判断速率的相对大小；应用电化学原理判断阴阳极、书写电极方程式；【详解】(1)由表知，反应进行到1 0 0 m i n 时，A的转化率为45.0%,则根据化学方程式A(a q)B(a q),B的浓度为0.45 a m o l/L。一定温度下，化学反应速率受反应物浓度影响，在反应建立平衡的过程中，反应物浓度在不断减小，所以
25、v正(t =5 0 m i n)v 逆(t =0 m i n)=v 正(t =0 m i n)o(3)起始(mol/L)c转化(mol/L)ca平衡(mol/L)c-caB(aq)0,K=F,温度一定时，K 是常数，则增加A的c-ca-a起始浓度，A 在 t =8 m i n 时转化率将不变。由表知，该温度下，A在 t =8m i n 时转化率为7 5%,则平衡常数K=，幺；在相同条件下，若c-ca-a 1-75%反应开始时只加入B,B的起始浓度也为a m o l/L,则22A(aq)B(aq)起始(mol/L)0 a转化(mol/L)x x平衡(mol/L)x a-x则K=I=3,得x=0.
26、25a 9 平衡时B的转化率为X025axi 00%=25%。研究发现，其他条件不变时，减小盐酸的浓度，反应速率减慢，但平衡时B的含量不变，原因是盐酸是催化剂，催化剂能改变反应速率但不影响化学平衡。(2)产生乩的反应中氢元素化合价降低，发生还原反应，则在阴极上生成氢气，生成氢气的电极为粕电极；通电一段时间后，阳离子向阴极移动，则溶液中向铝电极迁移的离子为H*。石墨电极为阳极，发生氧化反应，电极反应式8.(2021 吉林长春市-长春外国语学校高三期末)氨和二氧化碳都是重要的化工原料。I.氨在农业、化工和国防上意义重大。(1)已知：N三N键的键能为945kJ/moL H-H键的键能为436kJ/m
27、oL H-N键的键能为391kJ/m oL写出工业合成氨的热化学方程式o(2)工业上用氨催化氧化法制硝酸的主要反应是4NH3(g)+502(g)4N0(g)+6H20(g)A 0,满足反应自发进行的判断依据是!-T A S M c),A 错误；B.由图可知，B 型线在上a型线在下，相同温度下B 型沥青混凝土中CO 的降解速率比a型的要大，B 正确；C.a点的数据反应出CO 降解率是整个实验中最高的，C 错误；D.d点降解率出现突变，e点转化率变小的原因可能是温度升后催化剂失活，D40正确;故选择BD；(4)阳极区还原剂失电子发生氧化反应，首先是水电离的0 H失电子生成02,剩余的IT又与HC O；反应生成C O2,在阳极发生的反应包括4 0 1r-4 e-=2 H2 0+0 2t (或 2 H20-4 e=4 H+02 t )和 T+HC O尸C O2 t +H20；在阴极区水得到电子生成氢气和OIT,C O；在阴极区再生的过程：HC O；+OH-=H20+C 0 ,阴极区再生原理为：阴极水电解生成氢气和氢氧根离子，OIF与HC O；反应生成C OM41