2018版高考化学二轮复习专项1高考非选择题五大题型突破题型1化学反应原理综合应用学案

题型1 化学反应原理综合应用

(对应学生用书第98页)

■题型特点解读·

1．试题一般以新信息为载体，围绕某种元素的化合物展开，结合图形、图表信息，综合考查化学原理的知识，涉及化学反应中的能量变化、化学反应速率和平衡、溶液中的离子平衡、电化学、化学计算等。

2．试题篇幅较长，文字较多，题干特征是图像和表格交替出现，以图像为主；题给信息一般是较新颖的工业合成，信息量大，难度大；充分考查学生的接受信息能力、知识迁移运用能力、解决实际问题的能力及计算能力。

3．题目设问一般为4～5个小题，7～9个填空，出题风格相对稳定。 ■解题策略指导· 1．审题“三读”

泛读——明确有几个条件及求解的问题 ↓

细读——把握关键字、词和数量关系等 ↓

精读——要深入思考，挖掘隐含信息等 注意：“向细心要分、向整洁规范要分”。

2．审题要点

(1)准确分析题给信息，抓取有效信息。虽然题目在背景材料上呈现新(或陌生)内容，但对内在的要求或核心知识的考查不变，注意联系生产实际中的各类反应原理，融会贯通，就能解决所有问题。

(2)熟练掌握相关的思想、知识细节、生产原理、工艺设计原理，还有新时期对化学工业原理的新要求(如循环经济、原子经济、节能环保等方面的要求)，在工业中的运用。 (3)总结思维的技巧和方法，答题时注意规范细致。该类题的问题设计一般没有递进性，故答题时可跳跃式解答，千万不能放弃。 ■典例剖析示范·

(2017·全国Ⅱ卷)丁烯是一种重要的化工原料，可由丁烷催化脱氢制备。回答下列问题：

(1)正丁烷(C4H10)脱氢制1-丁烯(C4H8)的热化学方程式如下： ①C4H10(g)===C4H8(g)＋H2(g) ΔH1

1－1

已知：②C4H10(g)＋O2(g)===C4H8(g)＋H2O(g) ΔH2＝－119 kJ·mol

2

1

①

1

③H2(g)＋O2(g)===H2O(g)

2ΔH3＝－242 kJ·mol

②－1

反应①的ΔH1为________kJ·mol。图(a)是反应①平衡转化率与反应温度及压强的关

－1

系图③，x________0.1(填“大于”或“小于”)；欲使丁烯的平衡产率提高，应采取的措施是________(填标号)。 A．升高温度 C．增大压强

B．降低温度 D．降低压强

图(a) 图(b)

图(c)

(2)丁烷和氢气的混合气体以一定流速通过填充有催化剂的反应器(氢气的作用是活化催化剂)，出口气中含有丁烯、丁烷、氢气等。图

为丁烯产率与进料气中

n氢气n丁烷的关系。图中曲线呈现先升高后降低的变化趋势④，其降低的原因

⑤

是 ______________________________________________________。

(3)图(c)为反应产率和反应温度的关系曲线，副产物主要是高温裂解生成的短碳链烃类化合物。丁烯产率在590 ℃之前

⑤

⑤

随温度升高而增大的原因可能是

______________________________、________________________________；590 ℃之后，丁烯产率快速降低的主要原因可能是

________________________________________________________________。

①新情景、新信息：丁烯的制备原理。

②信息解读与理解：已知热化学方程式，可以利用盖斯定律解题。

③识图像：产率、温度、压强图像，温度升高，转化率增大；想规律：增大压强，平衡向气体体积减小的方向移动；得结论：减小压强，转化率升高。

④考应用能力：结合图像解决实际问题，n(氢气)/n(丁烷)的含义，图像中的最大值。 ⑤新情景：副产物的产生原因；关键点：温度值。

2

【解析】 (1)由盖斯定律可知，①式＝②式－③式，即ΔH1＝ΔH2－ΔH3＝－119 kJ/mol－(－242 kJ/mol)＝123 kJ/mol。由图(a)可知，同温下，x MPa时丁烯的平衡产率高于0.1 MPa时的，根据压强减小平衡向右移动可知，x小于0.1。欲提高丁烯的平衡产率，应使平衡向右移动，该反应的正反应为吸热反应，因此可以通过升高温度的方法使平衡向右移动；该反应为气体体积增大的反应，因此可以通过降低压强的方法使平衡向右移动，所以A、D选项正确。

(2)由于氢气是产物之一，随着n(氢气)/n(丁烷)增大，逆反应速率增大，所以丁烯产率降低。

(3)该反应的正反应为吸热反应，因此升高温度可以使平衡向右移动，使丁烯的产率增大，另外，反应速率也随温度的升高而增大。由题意知，丁烯在高温条件下能够发生裂解，因此当温度超过590 ℃时，参与裂解反应的丁烯增多，而使产率降低。 【答案】 (1)123 小于 AD

(2)氢气是产物之一，随着n(氢气)/n(丁烷)增大，逆反应速率增大

(3)升高温度有利于反应向吸热方向进行 温度升高反应速率加快 丁烯高温裂解生成短链烃类 ■即时应用体验·

1．乙硼烷(B2H6)、甲烷(CH4)、甲醇(CH3OH)、二甲醚(CH3OCH3)在化学工业上有广泛的用途。

请回答下列问题：

【导学号：97184289】

(1)乙硼烷与氧气反应的热化学方程式为B2H6(g)＋3O2(g)===B2O3(s)＋3H2O(g) ΔH＝－2 033.8 kJ·mol。

乙硼烷有望成为导弹和火箭燃料的主要原因是________________________ _______________________________________________________________。

(2)我国科学家以甲烷为原料，在催化剂作用下一步高效生产重要化工原料苯，反应过程中碳原子的利用率为

100%，写出该反应的化学方程式：

－1

________________________________________________________________， 该反应的原子利用率为________。 (3)甲醇合成反应：CO(g)＋2H2(g)

－2

CH3OH(g) ΔH1＝－90.1 kJ·mol，一定温度

－1

时，该反应的平衡常数Kp＝4.80×10，向容器中充入2 mol H2和1 mol CO，反应达到平衡状态时，甲醇的分压p(CH3OH)＝24.0 kPa，则平衡时，混合气体中CH3OH的物质的量分数约为________(Kp是用平衡分压代替平衡浓度所得的平衡常数，分压＝总压×物质的量分数)。 (4)二甲醚合成反应： Ⅰ.2CH3OH(g)

CH3OCH3(g)＋H2O(g)

ΔH2＝－23.9 kJ·mol

3

－1

Ⅱ.2CH3OH(g) C2H4(g)＋2H2O(g)

ΔH3＝－29.1 kJ·mol

－1

二甲醚合成反应过程中两反应的能量变化如图所示。

①反应速率较大的是________(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)，原因是

_______________________________________________________________。

②若在容器中加入催化剂，则E2－E1将________(填“变大”“不变”或“变小”)。 (5)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反应的影响：_______________________________________________________________。 【解析】 (1)分析题给热化学方程式可知，乙硼烷的摩尔质量较小

(28 g·mol)，且燃烧时放出大量的热[1 mol B2H6(g)完全反应时放出2 033.8 kJ热量]，因此乙硼烷有望成为导弹和火箭的燃料。

(2)利用甲烷(CH4)为原料，在催化剂作用下生产苯，反应过程中碳原子的利用率为100%，催化剂

结合原子守恒推知，反应中还产生H2，化学方程式为6CH4=====C6H6＋9H2，该反应的原78

子利用率为×100%＝81.25%。

6×16

(3)起始时充入2 mol H2和1 mol CO，设开始时H2的压强为2p kPa，CO的压强为p kPa，则有

CO(g)＋ 2H2(g)

CH3OH(g)

起始量/kPa p 2p 0 转化量/kPa 24.0 48.0 24.0 平衡量/kPa p－24.0 2p－48.0 24.0 该温度下平衡常数Kp＝

2

－1

pp3

p2

2

＝

24.0

p－p－

2

＝4.80×10

－

，解得p＝29.0，则平衡时，混合气体中CH3OH的物质的量分数为

p3p总压

×100%＝

24.0 kPa

×100%≈61.5%。

3×29.0 kPa－48.0 kPa

4

(4)①由二甲醚合成反应的能量变化图可知，反应Ⅰ的活化能低于反应Ⅱ的活化能，而在其他条件相同时，反应的活化能越低，反应速率越大，故反应Ⅰ的速率较大。 ②使用催化剂能降低反应的活化能，从而加快反应速率，但不能改变化学反应的反应热，故加入催化剂，E2－E1的值不变。 (5)将热化学方程式CO(g)＋2H2(g) ＝2×(－90.1 kJ·mol)＋

(－23.9 kJ·mol)＝－204.1 kJ·mol。该反应的正反应为气体总分子数减小的放热反应，增大压强，平衡正向移动，H2和CO的转化率升高，二甲醚的产率增加。 【答案】 (1)乙硼烷的摩尔质量较小且燃烧放出大量的热 催化剂

(2)6CH4=====C6H6＋9H2 81.25% (3)61.5%

(4)①Ⅰ 反应Ⅰ的活化能低，在相同条件下反应速率较大 ②不变 (5)2CO(g)＋4H2(g)

CH3OCH3(g)＋H2O(g) ΔH＝－204.1 kJ·mol 该反应的正

－1

－1

－1

－1

CH3OH(g) ΔH1＝－90.1 kJ·mol编号为Ⅲ，

CH3OCH3(g)＋H2O(g)，则有ΔH－1

根据盖斯定律，由Ⅲ×2＋Ⅰ可得：2CO(g)＋4H2(g)

反应为气体总分子数减小的反应，压强升高使平衡右移，CO和H2的转化率升高，CH3OCH3的产率增加；压强升高使CO和H2的浓度增加，反应速率增大

2．煤的气化可生产水煤气，液化可生产CH3OH。已知制备甲醇的有关化学反应以及化学平衡常数如下表所示：

化学反应 平衡常数 (850 ℃) CH3OH(g) H2O(g)＋反应热 (25 ℃、101 kPa) ΔH1＝－90.8 kJ·mol－1Ⅰ.CO(g)＋2H2(g) Ⅱ.H2(g)＋CO2(g) CO(g) Ⅲ.3H2(g)＋CO2(g) H2O(g) 请回答下列问题： K1＝160 K2 ΔH2＝－41.2 kJ·mol－1 CH3OH(g)＋K3＝160 ΔH3 【导学号：97184290】 (1)ΔH3＝________，K2＝________。

(2)850 ℃时，在密闭容器中进行反应Ⅲ，开始时只加入CO2、H2，反应10 min后测得各组分的浓度如下：

物质 浓度/(mol·L) －1H2 0.2 CO2 0.2 CH3OH 0.4 H2O 0.4 ①该时间段内的平均反应速率v(H2)＝________。 ②比较此时正、逆反应速率的大小：v正________v逆(填“＞”“＜”或“＝”)。

5

③反应达到平衡后，保持其他条件不变，若只把容器的容积缩小一半，平衡________(填“逆向”“正向”或“不”)移动，平衡常数K3________(填“增大”“减小”或“不变”)。

(3)将CO与H2等物质的量投料进行反应Ⅰ，测得CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图所示。

下列说法正确的是________(填字母序号)。 A．平均摩尔质量：M(a)＞M(c)、M(b)＞M(d) B．正反应速率：v(a)＞v(c)、v(b)＞v(d) C．平衡常数：K(a)＞K(c)、K(b)＝K(d) D．温度：T1＞T2＞T3

(4)850 ℃时，在容积为2 L的密闭容器中进行反应Ⅱ，同时充入1.0 mol CO、3.0 mol H2O、1.0 mol CO2和n mol H2，若要使上述反应开始时向正反应方向进行，则n应满足的条件是________。

【解析】 (1)根据盖斯定律，由Ⅰ＋Ⅱ可得反应Ⅲ：3H2(g)＋CO2(g)

－1

CH3OH(g)

－1

＋H2O(g)，则有ΔH3＝ΔH1＋ΔH2＝(－90.8 kJ·mol)＋(－41.2 kJ·mol)＝－132.0 kJ·mol。由于反应Ⅰ＋Ⅱ＝Ⅲ，则有K3＝K1·K2，从而可得K2＝＝1。 (2)①反应Ⅲ为3H2(g)＋CO2(g)

－1

－1

K3

K1

CH3OH(g)＋H2O(g)，开始时，只加入CO2、H2,10

min时c(CH3OH)＝0.4 mol·L，则有v(CH3OH)＝

0.04 mol·L·min，v(H2)＝3v(CH3OH)＝0.12 mol·L·min。 ②10 min时反应的浓度商Qc＝－1

－1

－1

－1

cc3

32

cc2

O2

0.4×0.4＝3＝100＜K3＝160，0.2×0.2

此时反应正向移动，则有v正＞v逆。 ③反应3H2(g)＋CO2(g) 衡常数K3不变。

(3)反应Ⅰ的正反应为气体总分子数减小的放热反应，压强一定时，升高温度，平衡逆向移动，CO的平衡转化率降低，由题图可知，温度：T1＜T2＜T3，D错误；温度升高，平衡逆向移动，平衡常数减小，则有平衡常数：K(a)＞K(c)、K(b)＝K(d)，C正确；温度升高，反应速率加快，则有v(a)＜v(c)，B错误；平衡正向移动时，气

6

CH3OH(g)＋H2O(g)的正反应为气体总分子数减小的放

热反应，将容器的容积缩小一半，压强增大，平衡正向移动；由于温度不变，则平

体总物质的量减小，由于气体的总质量不变，则混合气体的平均摩尔质量增大，则有平均摩尔质量：M(a)＞M(c)、M(b)＞M(d)，A正确。

(4)反应Ⅱ在2 L的密闭容器中进行，充入1.0 mol CO、3.0 mol H2O、1.0 mol CO2和n mol H2，此时c(H2O)＝

1．5 mol·L、c(CO)＝c(CO2)＝0.5 mol·L、c(H2)＝0.5n mol·L，此时浓度商为Qc＝

－1

－1

－1

c2c＝

1.5×0.53

＝；若要使反应开始时向正反应方向进

c2

c2

0.5×0.5nn行，应满足条件：KQ3

2＞c，即n＜1，从而可得n＞3。

【答案】 (1)－132.0 kJ·mol－1

1 (2)①0.12 mol·L－1

·min－1

②＞ ③正向 不变 (3)AC (4)n＞3

7

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