(浙江选考)高考化学大一轮复习题型强化二化学反应原理专项训练

题型强化专项训练二 化学反应原理

1.(2018·金华十校联考)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)Ⅱ.CO2(g)+H2(g)

CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=-53.7 kJ·mol CO(g)+H2O(g) ΔH2

-1

某实验控制CO2和H2初始投料比为1∶2.2,经过相同反应时间测得如下实验数据:

T/K 543 543 553 553 催化剂 Cat.1 Cat.2 Cat.1 Cat.2 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 [备注]Cat.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。

已知:①表示CO和H2的标准燃烧热的ΔH分别为-283.0 kJ·mol和-285.8 kJ·mol; ②H2O(l)

H2O(g) ΔH3=+44.0 kJ·mol。

-1

-1

-1

-1

请回答(不考虑温度对ΔH的影响):

(1)a.反应Ⅱ的ΔH2= kJ·mol。

b.800 ℃时,反应Ⅰ和反应Ⅱ对应的平衡常数分别为1.0和2.5,则该温度下反应:CO(g)+2H2(g)

CH3OH(g)的平衡常数K的数值为 。

(2)在图中分别画出反应Ⅰ在无催化剂、有催化剂Cat.1和有催化剂Cat.2三种情况下“反应过程—能量”示意图(在图中标注出相应的催化剂)。

(3)工业生产甲醇还有如下方法:CO(g)+2H2(g)副反应:2CH3OH(g)

CH3OCH3(g)+H2O(g)

CH3OH(g)

若生产过程中在恒压条件下通入水蒸气,从化学平衡的角度分析该操作对生产甲醇带来的利和弊: 。

(4)利用光能和光催化剂,可将CO2和H2O(g)转化为CH4和O2。紫外线照射时,在不同催化剂(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)作用下,CH4产量随光照时间的变化如图所示。下列说法正确的是 (填字母代号)。

1

A.催化剂能加快化学反应速率,在反应开始时对正反应的催化效果更好 B.从图中可知催化剂Ⅰ的催化效果更好 C.若光照时间足够长,三条曲线将相交于一点

D.光照15 h前,无论用所给的哪种催化剂,该反应均未达到平衡

(5)人们正在研究某种锂-空气电池,它是一种环境友好的蓄电池。放电时的总反应为4 Li+O2Li2O。在充电时,阳极区发生的过程比较复杂,目前普遍认可以按两步反应进行,请补充完整。 电极反应式: 和Li2O2-2e答案(1)+41.2 0.4

-

2

2 Li+O2↑。

+

(2)

-+

(3)利:通入水蒸气增大了水蒸气的浓度,使副反应平衡左移,减少副反应的发生;弊:恒压通入水蒸气相当于减压,使主反应平衡左移,甲醇平衡产率降低 (4)CD (5)2 Li2O-2e

-1

2 Li+Li2O2

-1

解析(1)a.根据CO和H2标准燃烧热的ΔH分别为-283.0kJ·mol和-285.8kJ·mol书写热化学方程式:

ⅰ:CO(g)+O2(g)ⅱ:H2(g)+O2(g)ⅲ:H2O(l)

CO2(g) ΔH=-283.0kJ·mol H2O(l) ΔH=-285.8kJ·mol

-1

-1-1

H2O(g) ΔH3=+44.0kJ·mol

CO(g)+H2O(g) ΔH2=(--1

-1

-1

由盖斯定律可知,ⅱ-ⅰ+ⅲ可得CO2(g)+H2(g)285.8+283.0+44.0)kJ·mol=+41.2kJ·mol。

b.根据热化学方程式:I.CO2(g)+3H2(g)Ⅱ.CO2(g)+H2(g)

结合盖斯定律,Ⅰ-Ⅱ得CO(g)+2H2(g)

-1

-1

CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=-53.7kJ·mol

-1

CO(g)+H2O(g) ΔH2=+41.2kJ·mol

CH3OH(g)

-1

ΔH=-53.7kJ·mol-41.2kJ·mol=-94.9kJ·mol,其反应的平衡常数K==0.4。(2)由表中数据

分析可知,在催化剂cat.2的作用下,甲醇的选择性更大,说明催化剂Cat.2对反应的催化效果更好,催化剂能降低反应的活化能,说明使用催化剂Cat.2的反应过程中活化能更低,因此“反应过程——能量”的图如下:

2

(3)利:在恒压条件下通入水蒸气,增大了水蒸气的浓度,使副反应平衡左移,减少副反应的发生;弊:恒压通入水蒸气相当于减压,使主反应平衡左移,甲醇平衡产率降低。(4)催化剂能同等程度地影响正、逆反应速率,故A错误;由图分析可知,催化剂Ⅱ、Ⅲ的催化效果都优于催化剂Ⅰ,故B错误;三条曲线呈不断上升趋势,催化剂只能影响反应速率,不影响化学平衡,所以当光照时间足够长时,甲烷的产量会相同,三条曲线会相交于一点,故C正确;因为随着光照时间的延长,甲烷的产量在增加,说明光照15h前,无论用所给的哪种催化剂,该反应均未达到平衡,故D正确。(5)放电的总反应为4Li+O2

+

2Li2O,所以充电的总反应为2Li2O4Li+O2↑,阳极总电极反应为2Li2O-4e

-+

-

4Li+O2↑;由题意阳极区分两步反应,第二步反应为Li2O2-2e减去第二步反应,即可得第一步反应为2Li2O-2e

-+

2Li+O2↑,所以用阳极总反应

2Li+Li2O2。

2.(2018·镇海中学选考模拟)含碳物质在日常生活与工业生产上有广泛的应用。 (1)一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意图如图1所示,写出电极A上发生的电极反应式:

。

图1

(2)利用光能和光催化剂,可将CO2和H2O(g)转化为CH4和O2。紫外光照射时,在不同催化剂(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)作用下,CH4产量随光照时间的变化见图2。在15小时内,CH4的平均生成速率Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ从大到小的顺序为 (填序号)。

图2

(3)以TiO2/Cu2Al2O4为催化剂,可以将CO2和CH4直接转化成乙酸。在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸生成速率的关系见图3。乙酸的生成速率主要取决于温度影响的范围是 ;

3

图3

(4)CO和H2在Cu2O/ZnO作催化剂的条件下发生反应生成甲醇:CO(g)+2H2(g)的物质的量(n)与时间(t)及温度的关系如图4所示。

CH3OH(g)。向2 L的

密闭容器中通入1 mol CO(g)和2 mol H2(g),在一定条件下发生反应合成甲醇,反应过程中,CH3OH

图4

①500 ℃时,此反应的平衡常数K= ;

②据研究,反应过程中起催化作用的为Cu2O,反应体系中含少量的CO2有利于维持Cu2O的量不变,原因是 (用化学方程式表示)。

③在500 ℃恒压条件下,请在图4中画出反应体系中n(CH3OH)随时间t变化的总趋势图。 答案(1)H2-2e+C

-

CO2+H2O、CO-2e+C

-

2CO2

(2)Ⅱ>Ⅲ>Ⅰ (3)300 ℃

2Cu+CO2

③

解析(1)燃料电池工作时,通入燃料的一极为负极,即CO和H2在负极失去电子发生氧化反应,电极反应式为H2-2e+C

-

CO2+H2O、CO-2e+C

-

2CO2。

(2)由图2可知,在0~15h内,甲烷的物质的量的变化量为Δn(Ⅰ)<Δn(Ⅲ)<Δn(Ⅱ),故在0~15h内,CH4的平均生成速率:Ⅱ>Ⅲ>Ⅰ。

(3)根据图像,温度超过250℃时,催化剂的催化效率降低,在300℃时失去活性,故温度高于300℃时,乙酸的生成速率增大是由温度升高导致的,故乙酸的生成速率主要取决于温度影响的范围为300~400℃。

4