专题01+化学反应速率与化学平衡原理综合应用（第01期）-2018年高考冲刺化学大题百题精练+Word版含解析

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1．二甲醚又称甲醚，简称DME，熔点-141.5 ℃，沸点-24.9 ℃，与石油液化气(LPG)相似，被誉为“21世纪的清洁燃料”。制备原理如下： Ⅰ.由天然气催化制备二甲醚： ①2CH4(g)+O2(g)

CH3OCH3(g)+H2O(g) △H1

Ⅱ.由合成气制备二甲醚： ②CO(g)+2H2(g)③2CH3OH(g)回答下列问题：

（1）若甲烷和二甲醚的燃烧热分别是890.3 kJ·mol-1、1453.0 kJ·mol-1；1mol 液态水变为气态水要吸收44.0kJ的热量。反应③中的相关的化学健键能数据如表：

化学键 H-H C-O 343 H-O(水) 465 H-O(醇) 453 C-H 413 CH3OH(g) △H2=-90.7 kJ·mol-1 CH3OCH3(g)+ H2O(g) △H3

E/(kJ ? mol-1) 436 则△H1=_________kJ·mol-1 △H3=_________ kJ·mol-1

（2）反应③的化学平衡常数表达式为______________。制备原理Ⅰ中，在恒温、恒容的密闭容器中合成，将气体按n(CH4)：n(O2)=2：1混合，能正确反映反应①中CH4 的体积分数随温度变化的曲线是_________________。下列能表明反应①达到化学平衡状态的是_______________。 A．混合气体的密度不变

B．反应容器中二甲醚的百分含量不变

C．反应物的反应速率与生成物的反应速率之比等于化学计量数之比 D．混合气体的压强不变

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（3）有人模拟制备原理Ⅱ，在500 K时的2 L的密闭容器中充入2mol CO和6 molH2，8 min达到平衡，平衡使CO的转化率为80%，c(CH3OCH3)=0.3 mol·L-1，用H2表示反应②的速率是__________；可逆反应③的平衡常数K3=_________。若在500K时，测得容器中n(CH3OH)=n(CH3OCH3)，此时反应③v(正)___v(逆)，说明原因____________________。

【答案】 -283.6kJ?mol-1 -24kJ·mol-1

M bd 0.2mol/(L min)

2.25 > 浓度商Q===1< 2.25，反应正向进行，v(正)> v(逆)

【解析】（1）若甲烷和二甲醚的燃烧热分别是890.3 kJ·mol-1、1453.0 kJ·mol-1；得到甲烷、二甲醚的燃烧热化学方程式分别为：④CH4(g)+2O2(g)⑤CH3OCH3(g)+3O2(g)

CO2(g)+2H2O(l) △H4=-890.3 kJ·mol-1

2CO2(g)+3H2O(l) △H5=-1453.0 kJ·mol-1

CH3OCH3(g)+H2O(l)，且1mol 液态水变为气态水要吸

故④×2-⑤=①得到：2CH4(g)+O2(g)

收44.0kJ的热量，故则△H1=（-890.3×2+1453+44.0） kJ·mol-1=-283.6kJ?mol-1，根据所给键能，③2CH3OH(g)

CH3OCH3(g)+ H2O(g) 反应物总键能-生成物总键能=反应热 故

△H3=-24kJ·mol-1；

（2）反应③的化学平衡常数表达式为K= ，反应①是放热反应，故温

度升高，平衡逆向移动，CH4 的体积分数随温度升高而升高，故能正确反映反应①中CH4 的体积分数随温度变化的曲线是M；制备原理Ⅰ中，由于是在恒温、恒容的密闭容器中合成，且反应①各物质均是气态，a、混合气体的密度一直不变，不能说明达到平衡状态；b、当反应容器中二甲醚的百分含量不变时，该反应达到平衡状态，故b正确；c、反应物的反应速率与生成物的反应速率之比等于化学计量数之比在仍何时候都成立，故c错误；d、该装置是恒容容器，混合气体的压强不变，说明气体总物质的量不变，且该反应前后气体分子总数不等，故d正确；故选bd；

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（3）Ⅱ.由合成气制备二甲醚： ②CO(g)+2H2(g)

CH3OH(g)

起始时（mol/L） 1 3 0 转化（mol/L） 0.8 1.6 0.8 平衡时（mol/L） 0.2 1.4 0.8 ③2CH3OH(g)

CH3OCH3(g)+ H2O(g)

起始时（mol/L） 0.8 0 0 转化（mol/L） 0.6 0.3 0.3 平衡时（mol/L） 0.2 0.3 0.3 H2表示反应②的速率是c（H2）=

=0.2mol/（L·min）；

可逆反应③的平衡常数K3===2.25；

若在500K时，测得容器中n(CH3OH)=n(CH3OCH3)，则说明c(CH3OH)=c(CH3OCH3)=c（H2），则

此时Q===1< 2.25，故反应正向进行，v(正)> v(逆)。

点睛：在盖斯定律的考查中，常常会给出一些物质的燃烧热，也相当于给了热化学方程式，需要我们将其转化成热化学方程式，再去和目标方程式进行叠加，求出反应热；在化学平衡的相关计算中，一定要根据三段式进行计算，做到稳稳地拿分。

2．环境保护要求燃煤污染物控制排放，研究协同脱硫脱硝工艺是大势所趋。 Ⅰ量子化学计算能揭示出化学反应机理。

SO2与ClO2的气态反应中，因接触位置不同，形成了不同反应路径，反应中各驻点（TS为过渡态，RC、IM、PC为中间产物）相对初始反应物的能量关系如图1所示

（1）写出该过程的热化学方程式：____________________。

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（2）图中IM1→IM2，经历过渡态_____的路径反应速率最慢，其原因是______。 （3）在图中描线指出该反应的最优微观路径。____________

（4）产物ClO也有强氧化性，可以继续氧化SO2。请写出该反应的化学方程式______。 （5）ClO2分别氧化NO和SO2反应速率常数之比与温度关系如图2所示，可推知随温度升高，ClO2氧化NO反应速率_______。

Ⅱ模拟烟气的组成为：0.03%NO、0.1%SO2、6.0%O2、8.0%H2O，在70℃下，当n（C1O2）:n（NO）不断增大（其余为氮气）时，SO2和NO的转化率变化如图3所示。

（6）有NO存在时，ClO2氧化SO2______（填“难”、“易”），造成这种情况的可能原因是________________。

【答案】 SO2(g)+ClO2(g)=SO3(g)+ClO(g) ?H=-111.4KJ/mol TS3 活化能高或该过渡态所

需要的能量高（其它合理答案）

ClO+SO2=SO3+Cl（写成Cl2也给分） 逐渐降低（减小） 易 NO对氧化SO2有催化作用（或NO2能氧化SO2）

【解析】（1）.根据图示，1molSO2(g)和1molClO2(g)完全反应生成1molSO3(g)和1molClO(g)放出111.4 KJ的能量，所以该反应的热化学方程式是（1）．SO2(g)+ClO2(g)=SO3(g)+ClO(g) ?H= -111.4KJ/mol；（2）从图像可知IM1→IM2过程中TS3的活化能最大，反应的速率最慢，所以经历过渡态TS3的路径反应速率最慢；（3）活化能越小反应所需要的能量越低，所以最佳路

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径是

。（4）ClO继续氧化SO2生成SO3和Cl，反应

方程式是ClO+SO2=SO3+Cl。（5）由图2可知随着横坐标1000/T的增大曲线呈递增趋势，所以当T增大时，1000/T在减小，纵坐标应该逐渐递减，所以推知随温度升高，ClO2氧化NO反应速率逐渐降低；（6）根据图3可以看出含有NO时SO2被氧化的速率快，ClO2氧化SO2越易，主要原因可能是NO起催化作用。 3．氢在生活、生产、科研中发挥着重要的作用。 Ⅰ.工业上利用吸热反应C(s) +2H2O(g)

CO2(g)+2H2(g)来制备氢气。一定条件下，将C(s)

和H2O(g)分别加入甲、乙两个密闭容器发生反应，相关数据如下表：

起始量/mol 容器 容积/L 温度/L C(s) 甲 乙 2 1 T1 T2 3 1.5 H2O(g) 4 2 H2(g) 3.2 1.2 平衡量/mol （1）T1_______T2 (填“>”、“ =”或“<”)。

（2）T1时达到平衡后再加入lmolH2O(g)，达到新平衡后H2(g)的物质的量分数__________(填“增大”、“ 不变”或“减小”)；T2时，若起始时乙容器中加入1.5molC(s)、1.2molH2O(g)、0.5molCO2(g)、1.4molH2(g)，此时v(正)________v(逆)(填“大 于”、“ 等 于” 或“小于”)。 Ⅱ.CO(g)和H2(g)在一定条件下可合成甲醇：CO(g)+2H2(g)

CH3OH(g) △H

（3）该反应能量变化曲线如图所示，下列叙述正确的是___________。

A．该反应的△H>0

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B．该反应的活化能为419kJ

C．使用催化剂后反应速率加快，△H 不变

D．若改变条件使平衡向正反应方向移动，则CO 的转化率可能增大，可能不变，也可能减小

（4）反应分別在230℃、250℃、270℃进行时，CO的平衡转化率与的关系如图所示。

①230℃对应的曲线是_________________，依据是________________。

②向容积为1L的密闭容器中投入1nolCO、3molH2，在上述某温度下进行反应，平衡后测得

=，则反应温度为_____________，平衡常数K=_________________。

【答案】 > 减小 小于 CD X 对于放热反应，其它条件不变时，温度越低反应物的转化率越高 250℃ 5.625

【解析】(l)根据表中数据甲的体积和起始投料均为乙的二倍，若温度相同则为等效平衡，平衡时氢气的量也应为乙的二倍，则乙中氢气应为1.6mol，实际只有1.2mol，反应为吸热反应，温度降低平衡逆向移动氢气的含量减小，故T1>T2；（2）T1时达到平衡后再加入lmolH2O(g)，平衡转移消耗的水比加入的少得多，故达到新平衡后H2(g)的物质的量分数减小；T2时，

K=，若起始时乙容器中加入1.5molC(s)、1.2molH2O(g)、0.5molCO2(g)、

1.4molH2(g)，此时Q=，反应逆向移动，v(正)小于v(逆)；（3） A．由

图中信息可知，该反应反应物的总能量大于生成物的总能量，故△H<0，选项A错误；B．该反应没有催化剂条件下正反应的的活化能为419kJ/mol，选项B错误；C．使用催化剂后反应速率加快，但催化剂只能改变反应的活化能，不能改变焓变，故△H不变，选项C正确；D．若改变条件使平衡向正反应方向移动，则CO的转化率可能增大，可能不变，也可能减

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小，选项D正确。答案选CD；（4）①反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)为放热反应，升高温

度反应逆向移动，CO的转化率降低，故230℃对应的曲线是X，依据是对于放热反应，其它条件不变时，温度越低反应物的转化率越高；

②平衡后测得CO(g)+2H2(g)

=，设CH3OH(g)

，，故

开始时的浓度（mol/L） 1 3 0 改变的浓度（mol/L） 0.9 3-4x 3x 平衡时的浓度（mol/L） 0.1 4x=1.2 3x=0.9

根据反应有3-4x=2×3x，x=0.3，代入以上数据，则时，CO的转化率为

，对应的温度应该为250℃，平衡常数K=5.625。

4．催化还原CO2 是解决温室效应及能源问题的重要手段之一。研究表明，在Cu/ZnO催化剂存在下，CO2 和H2 可发生两个平行反应，分别生成CH3OH 和CO。反应的热化学方程式如下: I.CO2(g)+3H2(g) I.CO2(g)+H2(g)

CH3OH(g)+H2O(g) △H1=-53.7kJ·mol-1 CO(g)+H2O(g) △H2

某实验室控制CO2 和H2 初始投料比为1: 2.2，在相同压强下，经过相同反应时间测得如下实验数据:

CO2转化率(％) 12.3 10.9 15.3 12.0 甲醇选择性(％) 42.3 72.7 39.1 71.6 T(K) 催化剂 543 543 553 553 Cat.l Cat.2 Cat.l Cat.2 [备注]XCat.1:Cu/ZnO纳米棒；Cat.2:Cu/ZnO纳米片；甲醇选择性:转化的CO2 中生成甲醇的百分比。

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已知:①CO和H2的标准燃烧热分别为-283.0kJ/mol和一285.8kJ/mol； ②H2O(l)==H2O(g) △H3=+44.0kJ·mol-1 请回答下列问题(不考虑温度对△H的影响):

（1）反应I在_________(填“低温”或“高温”)下自发进行；反应II每生成9g水蒸气放出热量为___________。

（2）恒容条件下，有利于提高CO2 转化为CH3OH 的平衡转化率的措施有_____(填字母代号)。

A．延长反应时间 B．使用催化剂Cat.2 C．降低反应温度 D．投料比不变，增加反应物的浓度 E.增大CO2和H2的初始投料比 （3）由表中实验数据可以得出的结论是_______________________。

（4）553 K，使用催化剂Cat.2，在该时刻H2 的转化率为______(填字母代号)。 A．5.5% B．13.3% C．16.4% D．29.3%

（5）在下图中分别画出反应I在无催化剂、有Cat.1和有Cat.2三种情况下“反应过程～能量”示意图。________

（6）研究证实，CO2 也可在硫酸溶液中用情性电解生成甲醇，则生成甲醇的电极反应式是_________，另一极的电解产物为______________________。

【答案】 低温 20.6kJ CD 在相同温度下不同的催化剂对CO2 转化成CH3OH的选择性有显著的影响(或在相同温度下不同的催化剂对反应I的催化能力不同) C

CO2+6H++6e-==CH3OH+H2O O2(H2SO4)

【解析】（1）反应I为I.CO2(g)+3H2(g) 反应，

在低温下自发进行；反应为II.CO2(g)+H2(g)

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CH3OH(g)+H2O(g) △H1=-53.7kJ·mol-1 为放热

CO(g)+H2O(g) △H2

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已知CO和H2的燃烧热分别为-283.0kJ·mol-1和-285.8kJ·mol-1，则①：CO（g）+O2（g）=CO2

（g） △H= -283.0kJ·mol-1 ②：H2（g）+（l）＝H2O（g） ΔH3=+44.0kJ·mol-1

O2（g）=H2O （l）△H=-285.8kJ·mol-1 ③：H2O

根据盖斯定律分析，②－①＋③即可得热化学方程式为： CO2（g）+ H2（g）

CO（g）+H2O（g）ΔH2=-285.8+283.0+44=+41.2 kJ·mo

每生成9g水蒸气放出热量为20.6 kJ。

（2）反应Ⅰ中A、延长反应时间，平衡不移动，不能提高转化率，A错误；B、使用催化剂，平衡不移动，不能提高转化率，B错误；C、降低反应温度，平衡正向移动，提高二氧化碳的转化率，C正确；D、投料比不变，增加反应的浓度，平衡正向移动，提高二氧化碳的转化率，D正确;E、增大二氧化碳和氢气的初始投料比，能提高氢气的转化率，二氧化碳的会降低，E错误；；答案选CD。

（3）从表格数据分析，在相同的温度下，不同的催化剂，其二氧化碳的转化率也不同，说明不同的催化剂的催化能力不同；相同催化剂不同的温度，二氧化碳的转化率不同，且温度高的转化率大，因为正反应为放热反应，说明表中数据是未到平衡数据。所以在相同温度下不同的催化剂对CO2 转化成CH3OH的选择性有显著的影响。 （4）由.CO2(g)+3H2(g)

CH3OH(g)+H2O(g) △H1= -53.7kJ·mol-1

初始量 1 2.2 0 0 变化量0,12 0.36 0.12 0.12 平衡量 0,88 1.84 0.12 0.12

553 K，使用催化剂Cat.2，在该时刻H2 的转化率为=0.36/2.2

=16.4

（5已知反应I在无催化剂、有Cat.1和有Cat.2三种情况下“反应过程～能量”示意图。

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（6）CO2 也可在酸性水溶液中通过电解生成甲醇C元素化合价降低,被还原,应为电解池的阴极反应,电极方程式为 CO2 +6H++6e- = CH3OH+H2O，阳极的4OH—4e-=O2+H2O 故答案为：CO2 +6H++6e- = CH3OH+H2O ，O2 (H2SO4)

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