2025版高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí)微專題小練習(xí)專練48化學(xué)反應(yīng)原理綜合題

專練48化學(xué)反應(yīng)原理綜合題1．[2023·新課標(biāo)卷]氨是最重要的化學(xué)品之一，我國目前氨的生產(chǎn)能力位居世界首位?；卮鹣铝袉栴}：(1)根據(jù)圖1數(shù)據(jù)計(jì)算反應(yīng)eq\f(1,2)N2(g)＋eq\f(3,2)H2(g)=NH3(g)的ΔH＝________kJ·mol－1。(2)研究表明，合成氨反應(yīng)在Fe催化劑上可能通過圖2機(jī)理進(jìn)行(*表示催化劑表面吸附位，Neq\o\al(*,2)表示被吸附于催化劑表面的N2)。判斷上述反應(yīng)機(jī)理中，速率控制步驟(即速率最慢步驟)為________(填步驟前的標(biāo)號(hào))，理由是________。(3)合成氨催化劑前驅(qū)體(主要成分為Fe3O4)使用前經(jīng)H2還原，生成α-Fe包裹的Fe3O4。已知α-Fe屬于立方晶系，晶胞參數(shù)a＝287pm，密度為7.8g·cm－3，則α-Fe晶胞中含有Fe的原子數(shù)為________(列出計(jì)算式，阿伏加德羅常數(shù)的值為NA)。(4)在不同壓強(qiáng)下，以兩種不同組成進(jìn)料，反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)氨的摩爾分?jǐn)?shù)與溫度的計(jì)算結(jié)果如下圖所示。其中一種進(jìn)料組成為xH2＝0.75、xN2＝0.25，另一種為xH2＝0.675、xN2＝0.225、xAr＝0.10。(物質(zhì)i的摩爾分?jǐn)?shù)：xi＝eq\f(ni①圖中壓強(qiáng)由小到大的順序?yàn)開_______，判斷的依據(jù)是________。②進(jìn)料組成中含有惰性氣體Ar的圖是________。③圖3中，當(dāng)p2＝20MPa、xNH3＝0.20時(shí)，氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化率α＝________。該溫度時(shí)，反應(yīng)eq\f(1,2)N2(g)＋eq\f(3,2)H2(g)?NH3(g)的平衡常數(shù)Kp＝________(MPa)－1(化為最簡式)。答案：(1)－45(2)(ⅱ)在化學(xué)反應(yīng)中，最大的能壘為速率控制步驟，而斷開化學(xué)鍵的步驟都屬于能壘，由于N≡N的鍵能比H－H鍵的大很多，因此，在上述反應(yīng)機(jī)理中，速率控制步驟為(ⅱ)(3)eq\f(7.8×2873NA,56×1030)(4)①p1＜p2＜p3合成氨的反應(yīng)為氣體分子數(shù)減少的反應(yīng)，壓強(qiáng)越大平衡時(shí)氨的摩爾分?jǐn)?shù)越大②圖4③33.33%eq\r(\f(1,432))解析：(1)在化學(xué)反應(yīng)中，斷開化學(xué)鍵要消耗能量，形成化學(xué)鍵要釋放能量，反應(yīng)的焓變等于反應(yīng)物的鍵能總和與生成物的鍵能總和的差，因此，由圖1數(shù)據(jù)可知，反應(yīng)eq\f(1,2)N2(g)＋eq\f(3,2)H2(g)=NH3(g)的ΔH＝(473＋654－436－397－339)kJ·mol－1＝－45kJ·mol－1。(2)由圖1中信息可知，eq\f(1,2)N2(g)=N(g)的ΔH＝＋473kJ·mol－1，則N≡N的鍵能為946kJ·mol－1；eq\f(3,2)H2(g)=3H(g)的ΔH＝＋654kJ·mol－1，則H－H鍵的鍵能為436kJ·mol－1。在化學(xué)反應(yīng)中，最大的能壘為速率控制步驟，而斷開化學(xué)鍵的步驟都屬于能壘，由于N≡N的鍵能比H－H鍵的大很多，因此，在上述反應(yīng)機(jī)理中，速率控制步驟為(ⅱ)。(3)已知α-Fe屬于立方晶系，晶胞參數(shù)a＝287pm，密度為7.8g·cm－3，設(shè)其晶胞中含有Fe的原子數(shù)為x，則α-Fe晶體密度ρ＝eq\f(56x×1030,NA·2873)g·cm－3＝7.8g·cm－3，解得x＝eq\f(7.8×2873NA,56×1030)，即α-Fe晶胞中含有Fe的原子數(shù)為eq\f(7.8×2873NA,56×1030)。(4)①合成氨的反應(yīng)中，壓強(qiáng)越大越有利于氨的合成，因此，壓強(qiáng)越大平衡時(shí)氨的摩爾分?jǐn)?shù)越大。由圖中信息可知，在相同溫度下，反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)氨的摩爾分?jǐn)?shù)p1＜p2＜p3，因此，圖中壓強(qiáng)由小到大的順序?yàn)閜1＜p2＜p3，②對(duì)比圖3和圖4中的信息可知，在相同溫度和相同壓強(qiáng)下，圖4中平衡時(shí)氨的摩爾分?jǐn)?shù)較小。在恒壓下充入惰性氣體Ar，反應(yīng)混合物中各組分的濃度減小，各組分的分壓也減小，化學(xué)平衡要朝氣體分子數(shù)增大的方向移動(dòng)，因此，充入惰性氣體Ar不利于合成氨，進(jìn)料組成中含有惰性氣體Ar的圖是圖4。③圖3中，進(jìn)料組成為xH2＝0.75、xN2＝0.25兩者物質(zhì)的量之比為3∶1。假設(shè)進(jìn)料中氫氣和氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量分別為3mol和1mol，達(dá)到平衡時(shí)氮?dú)獾淖兓繛閤mol，則有：N2(g)＋3H2(g)?2NH3(g)始(mol)130變(mol)x3x2x平(mol)1－x3－3x2x當(dāng)p2＝20MPa、xNH3＝0.20時(shí)，xNH3＝eq\f(2x,4－2x)＝0.20，解得x＝eq\f(1,3)，則氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化率α＝eq\f(1,3)≈33.33%，平衡時(shí)N2、H2、NH3的物質(zhì)的量分別為eq\f(2,3)mol、2mol、eq\f(2,3)mol，其物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)分別為eq\f(1,5)、eq\f(3,5)、eq\f(1,5)，則該溫度下K′p＝eq\f(（\f(1,5)p2）2,\f(1,5)p2×（\f(3,5)p2）3)＝eq\f(25,27×400)(MPa)－2。因此，該溫度時(shí)，反應(yīng)eq\f(1,2)N2(g)＋eq\f(3,2)H2(g)?NH3(g)的平衡常數(shù)Kp＝eq\r(K′p)＝eq\r(\f(25,27×400)（MPa）－2)＝eq\r(\f(1,432))(MPa)－1。2．[2024·全國甲卷]甲烷轉(zhuǎn)化為多碳化合物具有重要意義。一種將甲烷溴化再偶聯(lián)為丙烯(C3H6)的研究所獲得的部分?jǐn)?shù)據(jù)如下?；卮鹣铝袉栴}：(1)已知如下熱化學(xué)方程式：CH4(g)＋Br2(g)=CH3Br(g)＋HBr(g)ΔH1＝－29kJ·mol－13CH3Br(g)＝C3H6(g)＋3HBr(g)ΔH2＝＋20kJ·mol－1計(jì)算反應(yīng)3CH4(g)＋3Br2(g)=C3H6(g)＋6HBr(g)的ΔH＝________kJ·mol－1。(2)CH4與Br2反應(yīng)生成CH3Br，部分CH3Br會(huì)進(jìn)一步溴化。將8mmolCH4和8mmolBr2通入密閉容器，平衡時(shí)，n(CH4)、n(CH3Br)與溫度的關(guān)系如圖(假設(shè)反應(yīng)后的含碳物質(zhì)只有CH4、CH3Br和CH2Br2)。(ⅰ)圖中CH3Br的曲線是____(填“a”或“b”)。(ⅱ)560℃時(shí)，CH4的轉(zhuǎn)化率α＝________，n(HBr)＝________mmol。(ⅲ)560℃時(shí)，反應(yīng)CH3Br(g)＋Br2(g)=CH2Br2(g)＋HBr(g)的平衡常數(shù)K＝________。(3)少量I2可提高生成CH3Br的選擇性。500℃時(shí)，分別在有I2和無I2的條件下，將8mmolCH4和8mmolBr2通入密閉容器，溴代甲烷的物質(zhì)的量(n)隨時(shí)間(t)的變化關(guān)系如圖。(ⅰ)在11～19s之間，有I2和無I2時(shí)CH3Br的生成速率之比eq\f(v（有I2）,v（無I2）)＝________。(ⅱ)從圖中找出I2提高了CH3Br選擇性的證據(jù)：____________________________。(ⅲ)研究表明，I2參與反應(yīng)的可能機(jī)理如下：①I2(g)=·I(g)＋·I(g)②·I(g)＋CH2Br2(g)=IBr(g)＋·CH2Br(g)③·CH2Br(g)＋HBr(g)=CH3Br(g)＋·Br(g)④·Br(g)＋CH4(g)=HBr(g)＋·CH3(g)⑤·CH3(g)＋I(xiàn)Br(g)=CH3Br(g)＋·I(g)⑥·I(g)＋·I(g)=I2(g)根據(jù)上述機(jī)理，分析I2提高CH3Br選擇性的原因：_______________________________。答案：(1)－67(2)(ⅰ)a(ⅱ)80%7.8(ⅲ)10.92(3)(ⅰ)1.5(ⅱ)有I2時(shí)，CH3Br的量明顯提高，CH2Br2的量降低，且約7.5s后，體系中CH3Br的量高于CH2Br2的量(ⅲ)I2產(chǎn)生的·I可將反應(yīng)后的含碳物質(zhì)CH2Br2經(jīng)過反應(yīng)②、③轉(zhuǎn)化為CH3Br；而反應(yīng)過程中生成的·Br可繼續(xù)與CH4經(jīng)過反應(yīng)④、⑤又生成CH3Br解析：(1)根據(jù)蓋斯定律，目標(biāo)反應(yīng)＝第一個(gè)反應(yīng)×3＋第二個(gè)反應(yīng)，則ΔH＝3×ΔH1＋ΔH2＝3×(－29kJ·mol－1)＋20kJ·mol－1＝－67kJ·mol－1。(2)(ⅰ)由ΔH1＜0可知，升高溫度，該反應(yīng)的平衡逆向移動(dòng)，n(CH4)增大，n(CH3Br)減小，故圖中CH3Br的曲線是a。(ⅱ)根據(jù)題圖可知，560℃時(shí)，平衡時(shí)n(CH4)＝1.6mmol，n(CH3Br)＝5.0mmol，則CH4的轉(zhuǎn)化率α＝eq\f(8mmol－1.6mmol,8mmol)×100%＝80%，CH4的轉(zhuǎn)化量為6.4mmol，故進(jìn)一步溴化的CH3Br的物質(zhì)的量為(6.4－5.0)mmol＝1.4mmol，則CH3Br進(jìn)一溴化生成的HBr的量為1.4mmol，故n(HBr)＝6.4mmol＋1.4mmol＝7.8mmol。(ⅲ)假設(shè)CH4與Br2反應(yīng)生成CH3Br平衡后CH3Br再進(jìn)一步溴化，根據(jù)題圖中的數(shù)據(jù)，并結(jié)合(ⅱ)的分析，列三段式：CH3Br(g)＋Br2(g)→CH2Br2(g)＋HBr(g)起始量/mmol6.41.606.4轉(zhuǎn)化量/mmol1.41.41.41.4平衡量/mmol5.00.21.47.8該反應(yīng)為氣體分子數(shù)不變的反應(yīng)，可用物質(zhì)的量來計(jì)算平衡常數(shù)，則K＝eq\f(7.8×1.4,5.0×0.2)＝10.92。(3)(ⅰ)根據(jù)圖中關(guān)于CH3Br的數(shù)據(jù)可得，v(有I2)＝eq\f(（3.2－2.6）mmol,（19－11）s)＝0.075mmol·s－1，v(無I2)＝eq\f(（2.2－1.8）mmol,（19－11）s)＝0.05mmol·s－1，則eq\f(v（有I2）,v（無I2）)＝eq\f(0.075mmol·s－1,0.05mmol·s－1)＝1.5。(ⅱ)由題圖知，有I2時(shí)，CH3Br的量明顯提高，CH2Br2的量降低，且約7.5s后，體系中CH3Br的量高于CH2Br2的量，故I2提高了CH3Br的選擇性。(ⅲ)I2產(chǎn)生的·I可將反應(yīng)后的含碳物質(zhì)CH2Br2經(jīng)過反應(yīng)②、③轉(zhuǎn)化為CH3Br；而反應(yīng)過程中生成的·Br可繼續(xù)與CH4經(jīng)過反應(yīng)④、⑤生成CH3Br，提高了生成的CH3Br的量，減少了CH2Br2的量，從而提高CH3Br選擇性。3．[2024·浙江1月]通過電化學(xué)、熱化學(xué)等方法，將CO2轉(zhuǎn)化為HCOOH等化學(xué)品，是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的途徑之一。請(qǐng)回答：(1)某研究小組采用電化學(xué)方法將CO2轉(zhuǎn)化為HCOOH，裝置如圖。電極B上的電極反應(yīng)式是________________________________________________________________________。(2)該研究小組改用熱化學(xué)方法，相關(guān)熱化學(xué)方程式如下：Ⅰ：C(s)＋O2(g)=CO2(g)ΔH1＝－393.5kJ·mol－1Ⅱ：C(s)＋H2(g)＋O2(g)=HCOOH(g)ΔH2＝－378.7kJ·mol－1Ⅲ：CO2(g)＋H2(g)?HCOOH(g)ΔH3①ΔH3＝________kJ·mol－1。②反應(yīng)Ⅲ在恒溫、恒容的密閉容器中進(jìn)行，CO2和H2的投料濃度均為1.0mol·L－1，平衡常數(shù)K＝2.4×10－8，則CO2的平衡轉(zhuǎn)化率為________。③用氨水吸收HCOOH，得到1.00mol·L－1氨水和0.18mol·L－1甲酸銨的混合溶液，298K時(shí)該混合溶液的pH＝________。[已知：298K時(shí)，電離常數(shù)Kb(NH3·H2O)＝1.8×10－5、Ka(HCOOH)＝1.8×10－4](3)為提高效率，該研究小組參考文獻(xiàn)優(yōu)化熱化學(xué)方法，在如圖密閉裝置中充分?jǐn)嚢璐呋瘎㎝的DMSO(有機(jī)溶劑)溶液，CO2與H2在溶液中反應(yīng)制備HCOOH，反應(yīng)過程中保持CO2(g)和H2(g)的壓強(qiáng)不變，總反應(yīng)CO2＋H2?HCOOH的反應(yīng)速率為v，反應(yīng)機(jī)理如下列三個(gè)基元反應(yīng)，各反應(yīng)的活化能E2<E1?E3。(不考慮催化劑活性降低或喪失)Ⅳ：M＋CO2?QE1Ⅴ：Q＋H2?LE2Ⅵ：L?M＋HCOOHE3①催化劑M足量條件下，下列說法正確的是________。A.v與CO2(g)的壓強(qiáng)無關(guān)B.v與溶液中溶解H2的濃度無關(guān)C.溫度上升，v不一定增大D.在溶液中加入N(CH2CH3)3，可提高CO2轉(zhuǎn)化率②實(shí)驗(yàn)測(cè)得：298K、p(CO2)＝p(H2)＝2MPa下，v隨催化劑M濃度c變化如圖。c≤c0時(shí)，v隨c增大而增大；c>c0時(shí)，v不再顯著增大。請(qǐng)解釋原因________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案：(1)CO2＋2e－＋2H＋=HCOOH(2)①＋14.8②2.4×10－8③10(3)①CD②當(dāng)c≤c0時(shí)，v隨c增大而增大，因M是基元反應(yīng)Ⅳ的反應(yīng)物(直接影響基元反應(yīng)Ⅵ中反應(yīng)物L(fēng)的生成)；c>c0時(shí)，v不再顯著增加，因受限于CO2(g)和H2(g)在溶液中的溶解速度(或濃度)解析：(1)電極B上CO2轉(zhuǎn)化為HCOOH，發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為CO2＋2e－＋2H＋=HCOOH。(2)①根據(jù)蓋斯定律，由Ⅲ＝Ⅱ－Ⅰ可得ΔH3＝ΔH2－ΔH1＝－378.7kJ·mol－1＋393.5kJ·mol－1＝＋14.8kJ·mol－1。②設(shè)轉(zhuǎn)化的CO2的濃度為xmol·L－1，可列三段式：CO2(g)＋H2(g)?HCOOH(g)起始濃度/(mol·L－1)1