资源简介

(共63张PPT)
主观题突破(三)　化学反应原理
【真题精研 命题解码】
(2025·黑、吉、辽、内蒙古卷)乙二醇是一种重要化工原料,以合成气(CO、H2)为原料合成乙二醇具有重要意义。
Ⅰ.直接合成法:2CO(g)+3H2(g) HOCH2CH2OH(g),不同温度下平衡常数如下表所示。
温度 298 K 355 K 400 K
平衡常数 6.5×104 1.0 1.3×10 3

(1)该反应的ΔH_____0(填“>”或“<”)。
(2)已知CO(g)、H2(g)、HOCH2CH2OH(g)的燃烧热(ΔH)分别为
a kJ·mol 1、 b kJ·mol 1、 c kJ·mol 1 ,则上述合成反应的ΔH=______________________ kJ·mol 1(用a、b和c表示)。
(3)实验表明,在500 K时,即使压强(34 MPa)很高乙二醇产率(7%)也很
低 ,可能的原因是_________________________________________
____________________________________________(答出1条即可)。
<
2a 3b+c(或c 2a 3b)
温度过高,反应平衡常数较小导致产率过低(或
温度过高,催化剂的催化活性下降导致产率过低)
Ⅱ.间接合成法:用合成气和O2制备的DMO合成乙二醇,发生如下3个均放热的连续反应,其中MG生成乙二醇的反应为可逆反应。
①已知曲线Ⅱ表示乙二醇的选择性,则曲线________(填图中标号,下同)表示DMO的转化率,曲线________表示MG的选择性。
②有利于提高A点DMO转化率的措施 有________(填标号)。
A.降低温度
B.增大压强
C.减小初始氢酯比
D.延长原料与催化剂的接触时间
Ⅰ
Ⅳ
BD
1.98
0.025
提高转化率的措施:
a.改变浓度(增大另一反应物浓度或减小生成物浓度)
b.改变压强(增大压强,平衡向气体分子数减小的方向移动)
c.改变温度(ΔH>0,升温平衡转化率增大)
d.延长接触时间,使反应更充分
483 K时,α(DMO)=99%,乙醇的选择性为2%,可利用假设法来计算出口处流出的乙醇的物质的量和 DMO未反应从出口流出的量。
A点时α(DMO)=80%,MG和乙二醇的选择性为50%。可利用假设法(假设反应分两步进行),再利用三段式法求Qx。
(3)根据表格中的平衡常数,反应温度在500 K时,平衡常数K<1.3×10 3,此时平衡常数过小,导致乙二醇产率过低,或温度过高,催化剂的催化活性下降,导致乙二醇产率过低。
(4)根据图示的曲线,随着反应温度的升高,曲线Ⅰ的变化趋势为上升后逐渐平缓,此时说明DMO的转化率趋于恒定,故曲线Ⅰ为DMO的实际转化率曲线;又已知曲线Ⅱ为乙二醇的选择性曲线,观察曲线Ⅱ和曲线Ⅳ可知,随着反应的进行MG逐渐转化为乙二醇,故曲线Ⅳ为MG的选择性曲线,因此曲线Ⅲ为乙醇的选择性曲线。
①根据上述分析,曲线Ⅰ为DMO的实际转化率曲线;曲线Ⅳ为MG的选择性曲线。
②根据图示,降低温度,DMO的转化率降低,A不符合题意;增大压强,反应体系中单位体积内的活化分子数增加,化学反应速率加快,DMO的转化率增大,B符合题意;减小初始的氢酯比导致体系中氢含量下降,DMO的转化率降低,C不符合题意;A点时DMO的转化率为80%,升高温度后转化率持续上升,说明A点时反应未平衡,延长原料和催化剂的接触时间可以促进反应继续进行,增大DMO的转化率,D符合题意。
假设该反应分步进行,第一步发生DMO转化为MG,可写出如下关系:
　　　　　　DMO(g)+2H2(g)===MG(g)+CH3OH(g)
起始(mol) 1 52.4 0 0
反应(mol) 0.8 1.6 0.8 0.8
终了(mol) 0.2 50.8 0.8 0.8
第二步反应,MG转化为乙二醇,可写出如下关系:
　　　　　　　MG(g)+2H2(g) (CH2OH)2(g)+CH3OH(g)
起始(mol) 0.8 50.8 0 0.8
反应(mol) 0.4 0.8 0.4 0.4
终了(mol) 0.4 50.0 0.4 1.2
【明确考情 建模塑思】
把握考情
一、考查形式
化学反应原理综合题是拼盘式考查,其中热化学和电化学的题目一般没有递进性,属于不同模块。
二、核心考点
考法 常考题点
基础
考法 1.判断反应热效应、运用盖斯定律计算反应热,掌握热化
学方程式的计算和应用。
2.平衡常数、反应速率、转化率的计算。
3.晶胞基础(元素分区、电子排布)。
4.反应机理分析
考法 常考题点
综合
考法 1.化学平衡的特征和影响因素。
2.分析催化剂对反应速率和选择性的影响。
3.不同投料比对平衡转化率的影响。
4.反应速率和平衡图像中曲线含义的分析及相关计算和判
断等。
5.根据条件变化判断平衡移动方向和物质的量变化关系
考法 常考题点
应用
创新
考法 1.通过科研文献中的催化循环图或能垒图分析反应中间体、决速步骤及活化能变化。
2.复杂图像:温度—压强—转化率三维关系图、速率常数
与温度关联曲线等。
3.与工业生产流程结合,综合考查平衡移动和电化学的应用。
4.跨模块知识整合:与物质结构的融合程度增加,实验探究
联动
思维建模
解答反应原理综合题的策略
一、跳跃思维
考查热化学、电化学、动力学和晶胞结构的题目设计一般没有递进性,答题时可跳跃解决。
二、分层解题——难化易
把大题化为小题,把综合性问题分解为一个个相对独立的小问题,降低难度,各个击破。如:
(1)利用盖斯定律求算反应热。
(2)化学反应速率的计算、转化率及平衡常数的计算都要用到“三段式”法,分层找相关“量”。多重平衡体系中学会应用原子守恒法解决问题。
(3)电化学的考查可以分层思考:首先要分析电化学装置,然后再根据电极所处的环境书写电极反应式,最后逐个解决问题。
三、分析图像——审仔细
分析图像要明确三步:
(1)“一看”——看图像
①看轴:弄清纵、横坐标的含义。
②看线:弄清线的走向、变化趋势及线的陡与平。
③看点:弄清曲线上点的含义,特别是一些特殊点,如与坐标轴的交点、曲线的交点、拐点、最高点与最低点等。
④看量的变化:弄清是浓度变化、温度变化还是转化率的变化等。
⑤看是否需要作辅助线,如等温线、等压线等。
(2)“二想”——想规律
看完线后联想外界条件对化学反应速率和化学平衡的影响规律。
(3)“三判”——得结论
通过对比分析,作出正确判断。
【新题精练 素养提升】
1.(2025·宁波模拟)以CO2为碳源催化加氢合成甲醇,有利于降低碳的排放,实现“碳中和”。
已知:
Ⅰ:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH1= 49.8 kJ·mol 1
Ⅱ:CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)　ΔH2
请回答:
物质
CO2(g) 393.5
H2(g) 0
CH3OH(g) x
H2O(g) 241.8
201.5
②反应的自由能变化量:ΔG=ΔH TΔS<0时反应自发,反应Ⅱ的ΔG随温度变化如图所示。则反应Ⅱ的ΔS__________0(填“>”“<”或“=”)。
>
①下列说法正确的是__________。
A.若温度不变,缩小容器体积,达到新平衡后CO2浓度增大
B.升高温度,反应速率和CH3OH的平衡产率一定都增大
C.使用合适的催化剂,可以提高单位时间内CH3OH的产量
D.当n(CO2)=n(H2O)时,反应达到平衡
AC
②275 ℃后,CO2的平衡转化率随温度升高而增大的原因是___________
__________________________________________________________
__________________________________________________________。
③225 ℃时,反应Ⅱ的平衡常数K=__________(保留3位小数)。
放热反应,升高温度平衡逆向移动,反应Ⅱ为吸热反应,升高温度平衡正
向移动,275 ℃后,反应Ⅱ正向移动的程度比反应Ⅰ逆向移动的程度大
0.007
反应Ⅰ为
④其他条件相同,若将反应物充入恒压(3 MPa)容器中发生反应,CH3OH
的选择性随温度的变化与5 MPa时变化相似,请在图中画出175~400 ℃
CO2的平衡转化率随温度变化曲线(只作定性描述)。
答案:
【解析】(2)①A项,温度不变,缩小容器的体积,体系中各气体的浓度均增大,反应Ⅰ平衡正向移动,达到新平衡后,CO2浓度变大,A项正确;B项,升高温度,反应速率增大,但反应Ⅰ平衡逆向移动,CH3OH的平衡产率减小,B项错误;C项,使用合适的催化剂,可以加快反应速率,在相同时间内可提高CH3OH的产量,C项正确;D项,当反应达到平衡时,各物质的物质的量不再发生变化,故不能确定当n(CO2)=n(H2O)时,反应达到平衡,D项错误。②275 ℃后,继续升高温度,对反应Ⅱ的影响大于反应Ⅰ,而反应Ⅱ为吸热反应,温度升高,反应Ⅱ平衡正向移动,反应Ⅰ为放热反应,温度升高,反应Ⅰ平衡逆向移动,因此CO2的平衡转化率随温度升高而增大。
③由图像可知,225 ℃时,CO2的平衡转化率为25%,CH3OH的选择性为80%,设反应Ⅰ中CO2的转化量为x mol,设反应Ⅱ中CO2的转化量为
y mol,根据题意列三段式:
　　　　　　CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)
起始/mol 1 3 0 0
转化/mol x 3x x x
平衡/mol x
④其他条件相同,若将反应物充入恒压(3 MPa)容器中发生反应,压强较原来降低,反应Ⅰ平衡逆向移动,因此相同温度下,CO2的平衡转化率小于5 MPa时的平衡转化率,故CO2的平衡转化率随温度的变化曲线为
。
2.(2025·抚顺二模)Ⅰ.二氧化碳综合利用是碳达峰和碳中和的有效途径之一,以CO2和NH3为原料合成尿素是利用CO2的成功范例。在尿素合成塔中的主要反应可表示如下:
反应Ⅰ:2NH3(g)+CO2(g) NH2COONH4(s)　ΔH1= 159.47 kJ·mol 1
反应Ⅱ:NH2COONH4(s) CO(NH2)2(s)+H2O(g)　ΔH2= kJ·mol 1
总反应Ⅲ:2NH3(g)+CO2(g) CO(NH2)2(s)+H2O(g)　
ΔH3= 86.98 kJ·mol 1
请回答下列问题:
(1)反应Ⅱ的ΔH2=__________ kJ·mol 1(用具体数据表示)。
(2)工业上使用氨气生产尿素,在一个体积恒为1 L的恒温密闭容器中充入2 mol CO2和4 mol NH3的混合气体,经历反应Ⅰ、Ⅱ合成CO(NH2)2,请回答下列问题:
①对于反应Ⅰ,下列方法可以判断其达到平衡状态的是__________。
A.NH2COONH4质量不再变化
B.氨气的浓度不再变化
C.NH3的体积百分含量不再变化
D.NH3和CO2的比例不再变化
+72.49
ABC
②混合气体中氨气体积分数及气体总浓度随时间变化如图所示,对于反应Ⅰ从开始到B点氨气的平均反应速率为___________________。
0.05 mol·L 1·s 1
Ⅱ.氨气对于人类的发展至关重要,某实验小组对合成氨的反应进行研究,具体如下:
(3)恒温恒容的密闭容器中加入一定量的氨气,在某催化剂表面上发生2NH3(g) N2(g)+3H2(g)　ΔH>0,测得在同种催化剂下分解的NH3浓度(单位:mol·L 1)如表所示:
编号 表面积/cm2 反应时间/min
0 20 40 60 80
① a 3.0 2.6 2.2 1.8 1.4
② 2a 3.0 2.2 1.4 1.0 1.0
根据组①数据,随着反应进行,c(NH3)减小,平均反应速率__________(填“变大”“变小”或“不变”)。
编号 表面积/cm2 反应时间/min
0 20 40 60 80
① a 3.0 2.6 2.2 1.8 1.4
② 2a 3.0 2.2 1.4 1.0 1.0
不变
(4)已知分压=总压×气体物质的量分数,用气体分压替代浓度计算的平衡常数叫压强平衡常数。p代表各组分的分压,如p(B)=p总·x(B),其中x(B)为平衡体系中B的体积分数。
一定条件下,向容器中充入5 mol N2和15 mol H2的混合气体,发生反应为N2(g)+3H2(g) 2NH3(g),平衡时氨气的质量分数为40%,平衡总压强16 MPa,计算该反应的Kp=__________。(保留两位有效数字)
0.007 3
Ⅲ.亚铁氰化钾通常可以检验三价铁离子的存在,生成普鲁士蓝,俗称铁蓝,工业上作为染料和颜料。如图表示普鲁士蓝的晶胞结构,该晶胞结构中Fe2+和Fe3+位于立方体的顶角,氰根位于立方体的每一个边上,每隔一个立方体在立方体中心含有一个K+。(K+未标记出)
(5)请写出普鲁士蓝的化学式:______________________________,晶胞中Fe2+的配位数为________。
KFe2(CN)6(或KFe[Fe(CN)6])
6
【解析】 (1)反应Ⅱ=反应Ⅲ 反应Ⅰ,则ΔH2= 86.98 kJ·mol 1
( 159.47 kJ·mol 1)=+72.49 kJ·mol 1。
(2)①A.NH2COONH4质量不再变化,说明气体的总质量不再变化,可以说明反应达到平衡状态,A正确;B.氨气的浓度不再变化,说明其正逆反应速率相等,可以说明反应达到平衡状态,B正确;C.随着反应的进行,氨气物质的量减小,容器体积固定,则NH3的体积百分含量减小,其不变可判定平衡状态,C正确;D.投料比等于系数比,NH3和CO2的比例始终保持不变,其不变不可判定平衡状态,D错误。
(3)0→20 min氨气的浓度变化量为0.4 mol·L 1;20 min→40 min氨气的浓度变化量为0.4 mol·L 1,40 min→80 min氨气的浓度变化量为
0.8 mol·L 1,可见随着反应进行,c(NH3)减小,平均反应速率不变。
(4)根据已知条件,列三段式:
　　　　　 N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)
初始mol 5 15 0
变化mol x 3x 2x
平衡mol 5 x 15 3x 2x
+164.9
吸热
CD
反应Ⅱ——水煤气变换:
水煤气变换是重要化工过程,主要用于合成氨、制氢以及合成气加工等工业领域中。曾有科学家做过如下实验,在721 ℃下,分别使H2和CO还原CoO(s),得到如下数据:
化学方程式 平衡后气体的物质的量分数
H2+CoO===Co+H2O(g) H2:0.025
CO+CoO===Co+CO2 CO:0.0192
(3)①根据上述实验结果判断CO、H2还原CoO(s)为Co(s)能力的强弱为________。
A.CO>H2　B.COC.CO=H2 D.无法判断
②该条件下,反应Ⅱ水煤气变换的化学平衡常数K=__________(保留3位有效数字)。
A
1.31
我国学者研发了一种用于低温水煤气变换反应的高效稳定催化剂——原子层金簇负载α MoC催化剂,如图表示该催化剂与金催化剂的反应历程:(吸附在催化剂表面上的物种用*标注)
(4)使用金催化剂(A)决速步发生的化学方程式:
_______________________________________________________。
(5)使用金催化剂(A)和原子层金簇负载α MoC催化剂(B),哪种更有利于
该反应进行 ______(填“A”或“B”),原因是______________________
_________________________________________________________
_____________________________________________。
COOH*+H*+H2O*===COOH*+2H*+OH*(或H2O*===H*+OH*)
B
反应需要最大活化能为2.02 eV,而使用原子层金簇负载α MoC催化
剂(B)反应最大活化能为1.66 eV,更有利于反应进行
使用金催化剂(A),
(6)100 kPa时,将X=3的混合气体投入恒压反应器中发生反应Ⅰ、Ⅱ,平
衡时,各组分的物质的量分数与温度的关系如图所示。
①图中表示CO2的曲线是________(选填曲线“A”或“B”),理由是
_________________________________________________________
_________________________________________________________
_________________________________________________________
_________________________________________________________
____________________________________________________。
A
反应Ⅰ为吸热反应,反应Ⅱ为放热反应,温度升高,反应Ⅰ平衡正向移动,反应Ⅱ平衡逆向移动,600 ℃前随温度升高,CO浓度增大使反应Ⅱ正向进行的程度大于温度升高使其逆向进行的程度(或600 ℃后,CO浓度增大使反应Ⅱ正向进行的程度小于温度升高使其逆向进行的程度),所以CO2的物质的量分数先增大后减小,故曲线A符合
②在600 ℃,将X=3的混合气体投入恒容反应器中,CH4的平衡物质的量分数______0.04(填“>”“<”或“=”)。
③反应在600 ℃、t小时后达到平衡,t小时内计算v(H2O)=________ kPa·h 1。(用含t的代数式表示,气体分压=总压强×气体物质的量分数)
>

④某研究小组发现,随着反应进行,实验测得CO的释放速率与模拟数据吻合,但是H2的释放速率高于模拟值,如图所示,你认为可能的原因是____________________________________________________。
随着反应进行,发生甲烷分解等副反应(或其他合理答案)
(5)使用金催化剂(A),反应需要最大活化能为2.02 eV,而使用原子层金簇负载α MoC催化剂(B)反应最大活化能为1.66 eV,更有利于反应进行,故原子层金簇负载α MoC催化剂(B)更有利于该反应进行。
(6)①反应Ⅰ为吸热反应,反应Ⅱ为放热反应,温度升高,反应Ⅰ平衡正向移动,反应Ⅱ平衡逆向移动,600 ℃前随温度升高,CO浓度增大使反应Ⅱ正向进行的程度大于温度升高使其逆向进行的程度(或600 ℃后,CO浓度增大使反应Ⅱ正向进行的程度小于温度升高使其逆向进行的程度),所以CO2的物质的量分数先增大后减小,故曲线A表示CO2,曲线B表示CH4。
④随着反应进行,实验测得CO的释放速率与模拟数据吻合,但是H2的释放速率高于模拟值,可能的原因是随着反应进行,发生甲烷分解生成氢气等副反应。

展开更多......

收起↑