大題突破練3　化學(xué)反應(yīng)原理綜合題2025年高考總復(fù)習(xí)優(yōu)化設(shè)計(jì)二輪專題化學(xué)H課后習(xí)題含答案大題突破練

2025年高考總復(fù)習(xí)優(yōu)化設(shè)計(jì)二輪專題化學(xué)H課后習(xí)題含答案大題突破練大題突破練(三)化學(xué)反應(yīng)原理綜合題學(xué)生用書P3121.(2024·廣東大亞灣區(qū)1月聯(lián)合模擬)某課題組研究CO2加氫制甲醇。涉及的主要反應(yīng)有:反應(yīng)Ⅰ:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)ΔH1=-48.3kJ·mol-1反應(yīng)Ⅱ:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)ΔH2=+41.2kJ·mol-1反應(yīng)Ⅲ:CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)ΔH3=-154.8kJ·mol-1反應(yīng)Ⅳ:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)ΔH4回答下列有關(guān)問題:(1)反應(yīng)Ⅳ的ΔH4=。

(2)下列有關(guān)說法正確的是。

A.增壓時(shí),CO的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)一定增大B.當(dāng)甲醇的分壓不再改變時(shí),體系達(dá)到平衡C.在恒容密閉容器中充入Ar,反應(yīng)Ⅲ速率不變D.升溫時(shí),反應(yīng)Ⅱ逆反應(yīng)速率加快的程度大于正反應(yīng)速率(3)研究發(fā)現(xiàn),在3MPa條件下,當(dāng)起始n(CO2)∶n(H2)=1∶3,平衡時(shí)CO2的轉(zhuǎn)化率、含碳產(chǎn)物的選擇性(轉(zhuǎn)化的CO2中生成CH3OH、CH4或CO的百分比,如甲醇的選擇性=生成CH①隨著溫度升高,甲醇選擇性降低而CO2的轉(zhuǎn)化率卻升高的原因可能是。②在T溫度下,若CH4的選擇性為10%,計(jì)算此溫度下反應(yīng)Ⅱ的平衡常數(shù)K=。(4)一種在銅基催化劑上CO2加氫制甲醇的機(jī)理如圖所示,其中吸附在銅基催化劑表面上的物種用“*”標(biāo)注。①基態(tài)銅原子的價(jià)電子排布式為。

②決速步的反應(yīng)方程式為

。

(5)寫出甲醇在生產(chǎn)或生活中的一種應(yīng)用。

答案:(1)-89.5kJ·mol-1(2)BC(3)①生成甲醇的反應(yīng)均為放熱反應(yīng),升溫時(shí)平衡逆向移動(dòng),甲醇選擇性降低;反應(yīng)Ⅱ是吸熱反應(yīng),升溫平衡正向移動(dòng),且反應(yīng)Ⅱ占主導(dǎo)作用②0.198(4)①3d104s1②CH3O*+OH*+2H*CH3OH*+H2O*(5)作燃料(或溶劑或制甲醛等)解析:(1)根據(jù)蓋斯定律可知反應(yīng)Ⅰ-反應(yīng)Ⅱ=反應(yīng)Ⅳ,ΔH4=ΔH1-ΔH2=-48.3kJ·mol-1-(+41.2kJ·mol-1)=-89.5kJ·mol-1。(2)反應(yīng)Ⅱ是等體積變化的反應(yīng),反應(yīng)Ⅳ是氣體體積減小的反應(yīng),增壓時(shí)反應(yīng)Ⅳ的平衡正向移動(dòng),CO的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)減小,A錯(cuò)誤;反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí),各物質(zhì)的濃度、含量均不變,則甲醇的分壓不再改變時(shí)其濃度不變,體系達(dá)到平衡狀態(tài),B正確;在恒容密閉容器中充入Ar時(shí),反應(yīng)物、生成物的濃度均不變,則反應(yīng)速率不變化,C正確;反應(yīng)Ⅱ是吸熱反應(yīng),升高溫度時(shí)平衡正向移動(dòng),即升溫時(shí)反應(yīng)Ⅱ逆反應(yīng)速率加快的程度小于正反應(yīng)速率,D錯(cuò)誤。(3)②設(shè)起始時(shí)n(CO2)=1mol、n(H2)=3mol,由圖可知,T溫度平衡時(shí)CO2的轉(zhuǎn)化率為60%、CH3OH的選擇性為60%,CH4的選擇性為10%,則CO的選擇性為1-60%-10%=30%,平衡體系中CO2的物質(zhì)的量為0.4mol,n(CH3OH)=1mol×60%×60%=0.36mol,n(CH4)=0.06mol,n(CO)=0.18mol,根據(jù)H、O原子守恒可得:2n'(H2)+2n(H2O)+0.36mol×4+0.06mol×4=6mol,n(H2O)+0.8mol+0.36mol+0.18mol=2mol,解得n'(H2)=1.5mol,n(H2O)=0.66mol,此溫度下反應(yīng)Ⅱ的平衡常數(shù)K=c(CO)·(4)①Cu的原子序數(shù)為29,基態(tài)銅原子核外電子排布式為[Ar]3d104s1,其價(jià)電子排布式為3d104s1。②反應(yīng)的能壘或活化能越高,反應(yīng)速率越慢,該步反應(yīng)的反應(yīng)速率決定整個(gè)反應(yīng)的反應(yīng)速率,是決速步,由圖可知,過渡態(tài)5的能壘最高,該步反應(yīng)為CH3O*+OH*+2H*CH3OH*+H2O*。(5)甲醇具有可燃性,是良好的有機(jī)溶劑,是重要的化工原料等,可用作燃料、溶劑、制備甲醛等。2.(2024·湖南長(zhǎng)郡中學(xué)二模)生物質(zhì)(CnH2mOz,其中包含常見糖類、甘油等)的利用不會(huì)增加大氣中的CO2含量,被視為符合“碳中和”理念的能源。利用CuO作為氧載體,可提供氧原子,促使生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為具有重要應(yīng)用價(jià)值的合成氣(CO、H2)。其主要反應(yīng)為CnH2mOz(s)+CuO(s)CuO(1+z-n)(s)+mH2(g)+nCO(g)。在t1℃時(shí),向2L剛性容器中加入足量的CnH2mOz(s)和CuO(s),發(fā)生上述反應(yīng),達(dá)到平衡時(shí),測(cè)得容器中H2、CO的物質(zhì)的量濃度分別為mamol·L-1、namol·L-1。請(qǐng)回答下列問題:(1)下列有關(guān)該反應(yīng)說法正確的是(填字母)。

A.CuO中銅元素的化合價(jià)一定降低B.隨著CuO的量增多,CO的含量可能降低C.當(dāng)容器中H2和CO的物質(zhì)的量濃度保持1∶1恒定不變時(shí),該反應(yīng)一定達(dá)到化學(xué)平衡D.反應(yīng)達(dá)到平衡后,向容器中投入mmolH2和nmolCO,達(dá)到新平衡時(shí),CO的物質(zhì)的量濃度大于namol·L-1(2)光電催化甘油生產(chǎn)合成氣的工作原理如圖所示。已知光電陽(yáng)極在光照下可產(chǎn)生空穴(h+)和光電子(e-),空穴具有很強(qiáng)的得電子能力。請(qǐng)寫出上述原理圖中甘油轉(zhuǎn)化為CO的方程式:

。

(3)經(jīng)研究發(fā)現(xiàn),甘油轉(zhuǎn)化為合成氣的一種反應(yīng)機(jī)理如圖所示(部分物質(zhì)未標(biāo)出)。與甘油相比,該反應(yīng)機(jī)理過程圖中碳原子新增的雜化方式有。為實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)(CnH2mOz)的原子利用率達(dá)到100%,有機(jī)物的n、m、z應(yīng)滿足關(guān)系(用n、m、z表達(dá))。

(4)將甘油所得合成氣分離出3molH2和1molCO通入某恒壓容器中,在t2℃,pkPa條件下發(fā)生如下反應(yīng):ⅰ.CO(g)+3H2(g)CH4(g)+H2OΔH1=-214.2kJ·mol-1ⅱ.CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)ΔH2=-39.7kJ·mol-1ⅲ.2CO(g)C(s)+CO2(g)ΔH3=-133.8kJ·mol-1則反應(yīng)2CO(g)+2H2(g)CH4(g)+CO2(g)在(填“高溫”或“低溫”)下能自發(fā)進(jìn)行。

隨著溫度的變化,各氣態(tài)微粒的平衡體積分?jǐn)?shù)(水蒸氣忽略不計(jì))與溫度的變化關(guān)系如圖所示。溫度對(duì)各氣體組分體積分?jǐn)?shù)的影響①試分析隨著溫度升高,H2的體積分?jǐn)?shù)先緩慢增大后迅速增大的原因是

。

②930℃下,平衡時(shí)H2的分壓為kPa,反應(yīng)ⅲ的壓強(qiáng)平衡常數(shù)Kp=(kPa)-1(列出計(jì)算表達(dá)式)。

答案:(1)B(2)C3H8O3+8h+3CO↑+8H+(3)sp2、spn=z且m>0(4)低溫①升高溫度,反應(yīng)ⅰ和ⅱ的平衡逆向移動(dòng),且反應(yīng)ⅰ的程度略大于反應(yīng)ⅱ,H2的體積分?jǐn)?shù)先緩慢增大;930℃以后,焦炭的反應(yīng)活性增大,反應(yīng)ⅲ的逆向移動(dòng)阻礙反應(yīng)ⅱ的逆向移動(dòng),導(dǎo)致H2的體積分?jǐn)?shù)迅速增大②5.4%p48解析:(1)根據(jù)反應(yīng)可知當(dāng)z=n時(shí),CuO中銅元素的化合價(jià)不變,故A錯(cuò)誤;過量的氧化銅在一定溫度下可以與一氧化碳發(fā)生氧化還原反應(yīng),故B正確;根據(jù)反應(yīng)可知當(dāng)m=n時(shí),容器中氫氣和一氧化碳的物質(zhì)的量濃度保持1∶1不變時(shí),不一定達(dá)到化學(xué)平衡,故C錯(cuò)誤;該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=cm(H2)×cn(CO),溫度不變,化學(xué)平衡常數(shù)不變,此條件下達(dá)到新平衡時(shí),CO的物質(zhì)的量濃度不變,為namol·L-1,故D錯(cuò)誤。(2)該裝置為電解池的裝置,產(chǎn)生氫氣的電極是陰極,另外一極是陽(yáng)極,甘油轉(zhuǎn)化為CO的方程式:C3H8O3+8h+3CO↑+8H+。(3)甘油中C原子均為飽和碳原子,連接的是4個(gè)單鍵,因此為sp3雜化,與甘油相比,該反應(yīng)機(jī)理過程圖中碳氧雙鍵中碳原子為sp2雜化,而產(chǎn)生的CO2中碳原子是sp雜化,新增的雜化方式有sp2、sp;根據(jù)反應(yīng)原子守恒可知,當(dāng)n=z并且m>0時(shí),原子利用率達(dá)到100%。(4)根據(jù)蓋斯定律可知ΔH=ΔH1+ΔH2<0,觀察該反應(yīng)可知為氣體分子數(shù)減少的反應(yīng),因此ΔS<0,根據(jù)ΔG=ΔH-TΔS<0可知,低溫有利于該反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行;①隨著溫度升高,H2的體積分?jǐn)?shù)先緩慢增大后迅速增大的原因是:升高溫度,反應(yīng)ⅰ和ⅱ的平衡逆向移動(dòng),且反應(yīng)ⅰ的程度略大于反應(yīng)ⅱ,H2的體積分?jǐn)?shù)先緩慢增大;930℃以后,焦炭的反應(yīng)活性增大,反應(yīng)ⅲ的逆向移動(dòng)阻礙反應(yīng)ⅱ的逆向移動(dòng),導(dǎo)致H2的體積分?jǐn)?shù)迅速增大;②根據(jù)圖像可知,二氧化碳的體積分?jǐn)?shù)為48%,一氧化碳的體積分?jǐn)?shù)為46%,甲烷的體積分?jǐn)?shù)為0.6%,水蒸氣忽略不計(jì),則氫氣的體積分?jǐn)?shù)為1-48%-46%-0.6%=5.4%,可知?dú)錃獾姆謮簽?.4%p;反應(yīng)ⅲ的壓強(qiáng)平衡常數(shù)Kp=p(CO3.(2024·湖北七市二模)為了實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”和“碳中和”的目標(biāo),將CO2轉(zhuǎn)化成可利用的化學(xué)能源的“負(fù)碳”技術(shù)是世界各國(guó)關(guān)注的焦點(diǎn)?；卮鹣铝袉栴}:方法Ⅰ:CO2催化加氫制甲醇。以CO2、H2為原料合成CH3OH涉及的反應(yīng)如下:反應(yīng)ⅰ:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)ΔH1=-49.0kJ·mol-1反應(yīng)ⅱ:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)ΔH2=+41.0kJ·mol-1反應(yīng)ⅲ:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)ΔH3(1)計(jì)算反應(yīng)ⅲ的ΔH3=kJ·mol-1。

(2)一定溫度和催化劑條件下,在密閉恒容容器中按照投料n(CO2)∶n(H2)∶n(N2)=1∶3∶1發(fā)生反應(yīng)(N2不參與反應(yīng)),平衡時(shí)CO2的轉(zhuǎn)化率、CH3OH和CO的選擇性[如CH3OH的選擇性=n生成(①圖中曲線a表示物質(zhì)(填“CO2”“CH3OH”或“CO”)的變化。

②上述反應(yīng)體系在一定條件下建立平衡后,下列說法正確的有(填字母)。

A.升高溫度,反應(yīng)ⅰ逆向移動(dòng),所以正反應(yīng)速率減小B.向容器中再通入少量N2,CO2的平衡轉(zhuǎn)化率下降C.移去部分H2O(g),反應(yīng)ⅲ平衡一定不移動(dòng)D.選擇合適的催化劑能提高CH3OH的選擇性③保持溫度不變,在恒容反應(yīng)器中,初始總壓為5pkPa,只發(fā)生反應(yīng)ⅰ和ⅱ,達(dá)到平衡時(shí)CO2的轉(zhuǎn)化率為80%,CO的選擇性為25%,則H2的轉(zhuǎn)化率為,反應(yīng)ⅱ的壓強(qiáng)平衡常數(shù)Kp=(用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算,分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。

方法Ⅱ:催化加氫制甲酸。(3)科研工作者通過開發(fā)新型催化劑,利用太陽(yáng)能電池將工業(yè)排放的CO2轉(zhuǎn)化為HCOOH。已知CO2(g)+H2(g)HCOOH(g)ΔH=-31.4kJ·mol-1。溫度為T1℃達(dá)到平衡時(shí),化學(xué)平衡常數(shù)K=1.8。實(shí)驗(yàn)測(cè)得:v正=k正c(CO2)·c(H2),v逆=k逆c(HCOOH),k正、k逆為速率常數(shù)。T1℃時(shí),k正=k逆;若溫度為T2℃達(dá)到平衡時(shí),k正=1.9k逆,則T2(填“>”“<”或“=”)T1。

答案:(1)-90.0(2)①CO②D③23(或者66.7%)0.(3)1.8<解析:(1)根據(jù)蓋斯定律,ⅰ-ⅱ=ⅲ,所以ΔH3=ΔH1-ΔH2=-49.0kJ·mol-1-(+41.0kJ·mol-1)=-90.0kJ·mol-1。(2)①反應(yīng)ⅱ為吸熱反應(yīng),升高溫度平衡正向移動(dòng),CO的選擇性提高,反應(yīng)中CO2的轉(zhuǎn)化率升高,CO的選擇性為曲線a;反應(yīng)ⅰ為放熱反應(yīng),升高溫度平衡逆向移動(dòng),CH3OH的選擇性降低,反應(yīng)中CO2的轉(zhuǎn)化率降低,CH3OH的選擇性為曲線c;兩反應(yīng)綜合效應(yīng),CO2的轉(zhuǎn)化率為曲線b。②升高溫度,所有反應(yīng)的正逆反應(yīng)速率均升高,A項(xiàng)錯(cuò)誤;在恒容容器中充入N2,反應(yīng)體系中各物質(zhì)的濃度不會(huì)發(fā)生改變,反應(yīng)速率不變,平衡不移動(dòng),CO2轉(zhuǎn)化率不變,B項(xiàng)錯(cuò)誤;移去部分H2O(g),反應(yīng)ⅰ、ⅱ均正向移動(dòng),導(dǎo)致CH3OH和CO增加,濃度商可能發(fā)生變化,反應(yīng)ⅲ平衡可能發(fā)生移動(dòng),C項(xiàng)錯(cuò)誤;催化劑具有專一性,所以選擇合適的催化劑能提高CH3OH的選擇性,D項(xiàng)正確。③投料n(CO2)∶n(H2)∶n(N2)=1∶3∶1,假設(shè)初始物質(zhì)的量分別為1mol、3mol、1mol,因?yàn)榘l(fā)生反應(yīng)ⅰ和ⅱ,達(dá)到平衡時(shí)CO2的轉(zhuǎn)化率為80%,CO的選擇性為25%,所以共反應(yīng)掉CO2的物質(zhì)的量為0.8mol,生成CO物質(zhì)的量為0.8mol×25%=0.2mol,根據(jù)C守恒,生成CH3OH物質(zhì)的量為0.6mol。列三段式:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)起始/mol 1 3 0 0轉(zhuǎn)化/mol 0.6 1.8 0.6 0.6平衡/mol 0.2 1 0.6 0.8CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)起始/mol 1 3 0 0轉(zhuǎn)化/mol 0.2 0.2 0.2 0.2平衡/mol 0.2 1 0.2 0.8則H2的轉(zhuǎn)化率為1.8mol+0.2mol3mol=23;平衡時(shí)氣體(包括N2)的總物質(zhì)的量為0.2mol+1mol+0.6mol+0.8mol+0.2mol+1mol=3.8mol,平衡時(shí)總壓強(qiáng)p平=3.8pkPa,CO2、H2、CO、H2O的分壓分別為0.2pkPa、pkPa、0.2pkPa、0.8pkPa,反應(yīng)ⅱ的(3)反應(yīng)CO2(g)+H2(g)HCOOH(g)的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式K=c(HCOOH)c(CO2)·c(H2);而v正=k正c(CO2)·c(H2),v逆=k逆c(HCOOH),k正、k逆為速率常數(shù),平衡時(shí)v正=v逆,即k正c(CO2)·c(H2)=k逆c(HCOOH),則K=c(HCOOH)c(CO2)·c(H2)=k正k逆,所以k正=1.8k逆;4.(2024·湖南師大附中三模)氫能是最具有前景的綠色能源,反應(yīng)CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)ΔH是目前大規(guī)模制取氫氣的方法之一。已知:①C(s)+12O2(g)CO(g)ΔH1=-110.5kJ·mol-1②H2(g)+12O2(g)H2O(g)ΔH2=-241.8kJ·mol-1③C(s)+O2(g)CO2(g)ΔH3=-393.5kJ·mol-1(1)ΔH=。

(2)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),一定溫度下(其他條件相同),向上述平衡體系中投入一定量的CaO可以提高H2的百分含量。請(qǐng)分析無CaO,投入微米CaO、投入納米CaO時(shí),H2百分含量不同的原因:

。

(3)在T1℃時(shí),將0.10molCO與0.40molH2O(g)充入5L的恒容密閉容器中,反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí),H2的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)x(H2)=0.08。①T1℃時(shí),反應(yīng)平衡常數(shù)K=(保留2位有效數(shù)字)。

②由T1℃時(shí)上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算得到v正~x(CO)和v逆~x(H2)的關(guān)系如圖所示。若升高溫度,反應(yīng)重新達(dá)到平衡,則v正~x(CO)相應(yīng)的點(diǎn)變?yōu)辄c(diǎn)(填圖中標(biāo)號(hào),下同),v逆~x(H2)相應(yīng)的點(diǎn)變?yōu)辄c(diǎn)。

(4)該反應(yīng)也可采用電化學(xué)方法實(shí)現(xiàn),反應(yīng)裝置如圖所示。①陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為。

②同溫同壓下,相同時(shí)間內(nèi),若進(jìn)口Ⅰ處V(CO)∶V(H2O)=a∶b,出口Ⅰ處氣體體積為進(jìn)口Ⅰ處的y倍,則CO的轉(zhuǎn)化率為(用a、b、y表示)。

答案:(1)-41.2kJ·mol-1(2)CaO能吸收CO2,納米CaO表面積更大,吸收效果更好,更有利于平衡正向移動(dòng)(3)①0.074②EB(4)①CO+H2O-2e-CO2+2H+②(1-解析:(1)根據(jù)蓋斯定律,可得熱化學(xué)方程式:③-(①+②),整理可得CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)的反應(yīng)熱ΔH=-41.2kJ·mol-1。(2)CaO能夠吸收反應(yīng)產(chǎn)生的CO2,根據(jù)圖示可知:H2的含量:納米CaO>微米CaO>無CaO,可見由于納米CaO表面積大,吸收CO2效果好,更有利于平衡正向移動(dòng),使H2的百分含量增加。(3)①CO(g)與H2O(g)在一定條件下發(fā)生反應(yīng):CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g),假設(shè)反應(yīng)消耗的H2O的物質(zhì)的量是xmol,利用三段式進(jìn)行求解:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)起始/mol 0.10 0.40 0 0轉(zhuǎn)化/mol x x x x平衡/mol 0.10-x 0.40-x x xxmol(0.10+0.40)mol=0.08,解得x=0.04mol,故CO的平衡轉(zhuǎn)化率為0.04mol0.10mol×100%=40%;根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)的含義,可知在②對(duì)于反應(yīng)CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)ΔH=-41.2kJ·mol-1,平衡時(shí)CO的體積分?jǐn)?shù)為(0.10-0.04)mol0.5mol=0.12,升高溫度時(shí),v(正)、v(逆)均加快,因此排除F點(diǎn);該反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng),升高溫度,平衡向吸熱的逆反應(yīng)方向移動(dòng),導(dǎo)致CO的含量增大,因此再次平衡時(shí)CO的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)要大于對(duì)于反應(yīng)CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)ΔH=-41.2kJ·mol-1,由已知條件可知平衡時(shí)H2的體積分?jǐn)?shù)為0.08,升高溫度時(shí)v(正)、v(逆)均加快,因此排除A點(diǎn);由于該反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng),升高溫度,化學(xué)平衡向吸熱的逆反應(yīng)方向移動(dòng),導(dǎo)致H2的含量降低,故反應(yīng)再次平衡時(shí)H2的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)減小,結(jié)合再次平衡時(shí)CO的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為E點(diǎn),因此排除C點(diǎn),應(yīng)該選B點(diǎn)。(4)①電解時(shí),一氧化碳和水均從陽(yáng)極口進(jìn)入,陽(yáng)極上一氧化碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳,因此電解時(shí),陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng),生成二氧化碳,電極反應(yīng)為CO+H2O-2e-CO2+2H+;②若進(jìn)口Ⅰ處V(CO)∶V(H2O)=a∶b,設(shè)進(jìn)口Ⅰ處的氣體體積為(a+b)L,假設(shè)出口Ⅰ處二氧化碳的體積為xL,根據(jù)三段式:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)起始/L a b 0 0轉(zhuǎn)化/L x x x x平衡/L a-x b-x x x出口Ⅰ處氣體體積為進(jìn)口Ⅰ處的y倍,則有a+b-x=y(a+b),可得x=(1-y)(a+b),則CO的轉(zhuǎn)化率為(1-y5.(2023·湖北卷節(jié)選)納米碗C40H10是一種奇特的碗狀共軛體系。高溫條件下,C40H10可以由C40H20分子經(jīng)過連續(xù)5步氫抽提和閉環(huán)脫氫反應(yīng)生成。C40H20(g)C40H18(g)+H2(g)的反應(yīng)機(jī)理和能量變化如下:回答下列問題:(1)圖示歷程包含個(gè)基元反應(yīng),其中速率最慢的是第個(gè)。

(2)C40H10納米碗中五元環(huán)和六元環(huán)結(jié)構(gòu)的數(shù)目分別為、。

(3)1200K時(shí),假定體系內(nèi)只有反應(yīng)C40H12(g)C40H10(g)+H2(g)發(fā)生,反應(yīng)過程中壓強(qiáng)恒定為p0(即C40H12的初始?jí)簭?qiáng)),平衡轉(zhuǎn)化率為α,該反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp為(用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算,分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。

(4)C·40H19(g)C40H18(g)+H·(g)及C·40H11(g)C40H10(g)+H·(g)反應(yīng)的lnK(K為平衡常數(shù))隨溫度倒數(shù)的關(guān)系如圖所示。已知本實(shí)驗(yàn)條件下,lnK=-ΔHRT+c(R為理想氣體常數(shù),(5)下列措施既能提高反應(yīng)物的平衡轉(zhuǎn)化率,又能增大生成C40H10的反應(yīng)速率的是(填字母)。

a.升高溫度b.增大壓強(qiáng)c.加入催化劑答案:(1)33(2)610(3)α(4)兩個(gè)反應(yīng)的化學(xué)鍵變化相似,使得ΔH數(shù)值相近,lnK的斜率取決于ΔH,所以兩條線幾乎平行(5)a解析:(1)基元反應(yīng)是指在反應(yīng)中一步直接轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的反應(yīng),從圖上看包含3個(gè)基元反應(yīng),其中第3步活化能最大,故該步反應(yīng)速率最慢。(2)C40H20中有10個(gè)六元環(huán)、1個(gè)五元環(huán)。從C40H20C40H18,形成一個(gè)五元環(huán),從C40H20C40H10需經(jīng)過連續(xù)5步氫抽提和閉環(huán)脫氫反應(yīng),故新形成5個(gè)五元環(huán)。故C40H10中有6個(gè)五元環(huán)、10個(gè)六元環(huán)。(3)起始C40H12為整體1,平衡轉(zhuǎn)化率為α,則:C40H12(g)C40H10(g)+H2(g)起始: 1 0 0轉(zhuǎn)化: α α α平衡: 1-α α α平衡時(shí),C40H12、C40H10、H2的分壓分別為1-α1+αp0、α1+αpKp=p((4)因兩個(gè)反應(yīng)的化學(xué)鍵變化相似,使得ΔH數(shù)值相近,lnK的斜率取決于ΔH,所以兩條線幾乎平行。(5)該反應(yīng)是吸熱反應(yīng),升高溫度既可以增大反應(yīng)速率,又能提高平衡轉(zhuǎn)化率,a符合題意;該反應(yīng)是氣體分子數(shù)增大的反應(yīng),增大壓強(qiáng)可以增大反應(yīng)速率,而平衡轉(zhuǎn)化率減小,b錯(cuò)誤;加入催化劑可以增大反應(yīng)速率,但不影響平衡轉(zhuǎn)化率,c錯(cuò)誤。6.(2024·遼寧沈陽(yáng)一模)2023杭州亞運(yùn)會(huì)火炬塔燃料首次使用新型燃料——綠色零增碳甲醇,用實(shí)際行動(dòng)向世界展示了我國(guó)對(duì)碳中和的決心和成果,具體流程如圖?；卮鹣铝袉栴}:(1)整個(gè)過程只消耗太陽(yáng)能。H2O和CO2僅充當(dāng)能量的媒介且可實(shí)現(xiàn)完美循環(huán),這是典型的人工光合過程,則過程H2O+CO2CH3OH+O2為(填“吸熱”或“放熱”)反應(yīng)。

(2)CO2催化加氫制備甲醇,反應(yīng)如下:主反應(yīng):CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)ΔH1副反應(yīng):CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)ΔH2=+41.2kJ·mol-1下表中數(shù)據(jù)是該反應(yīng)中相關(guān)物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓(ΔfHmθ)(標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓是指在298.15K、100kPa由穩(wěn)定態(tài)單質(zhì)生成1mol化合物時(shí)的焓變)。則ΔH1=kJ·mol物質(zhì)H2(g)CO2(g)H2O(g)CH3OH(g)ΔfHmθ/(kJ·mol0-394-242-201(3)探究影響CH3OH合成反應(yīng)化學(xué)平衡的因素,有利于提高CH3OH的產(chǎn)率。CO2的平衡轉(zhuǎn)化率X和CH3OH的選擇性S隨溫度、壓強(qiáng)變化如圖。CH3OH的選擇性=n(CH3A.p1>p2B.恒溫密閉體系中,加壓時(shí)副反應(yīng)平衡不移動(dòng)C.300~350℃曲線變化的原因可能是此時(shí)以發(fā)生副反應(yīng)為主D.加入選擇性更好的催化劑,可以提高甲醇的平衡產(chǎn)率E.300℃時(shí),當(dāng)體系中混合氣體的平均摩爾質(zhì)量不再改變,則該體系達(dá)到平衡狀態(tài)(4)在T℃下,恒壓反應(yīng)器中,按初始投料n(CO2)∶n(H2)=1∶1發(fā)生反應(yīng):CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g),初始總壓為2MPa,反應(yīng)平衡后,H2的平衡轉(zhuǎn)化率為60%,則該反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp=(MPa)-2(用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算,分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。

(5)一種基于銅基金屬簇催化劑電催化還原CO2制備甲醇的裝置如圖所示?？刂破渌麠l件相同,將一定量的CO2通入該電催化裝置中,陰極所得產(chǎn)物及其物質(zhì)的量與電壓的關(guān)系如圖所示。①b電極生成CH3OH的電極反應(yīng)式為

。

②控制電壓為0.8V,電解時(shí)轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為mol。

答案:(1)吸熱(2)-49(3)ACE(4)0.5(5)①CO2+6e-+6H+CH3OH+H2O②2.8解析:(1)整個(gè)過程只消耗太陽(yáng)能,H2O和CO2僅充當(dāng)能量的媒介且可實(shí)現(xiàn)完美循環(huán),這是典型的人工光合過程,光合過程中太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能(或CH3OH+O2CO2+H2O為放熱反應(yīng)),則過程H2O+CO2CH3OH+O2為吸熱反應(yīng)。(2)CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)ΔH1=[(-201kJ·mol-1)+(-242kJ·mol-1)]-(-394kJ·mol-1)=-49kJ·mol-1。(3)主反應(yīng)的正反應(yīng)氣體分子數(shù)減小,副反應(yīng)反應(yīng)前后氣體分子數(shù)不變,其他條件相同時(shí),增大壓強(qiáng),主反應(yīng)平衡正向移動(dòng)、CO2的平衡轉(zhuǎn)化率增大,CH3OH的選擇性增大,則p1>p2,A項(xiàng)正確;恒溫密閉體系中,加壓時(shí)主反應(yīng)平衡正向移動(dòng),CO2、H2物質(zhì)的量減小,副反應(yīng)平衡逆向移動(dòng),B項(xiàng)錯(cuò)誤;300~350℃在不同的壓強(qiáng)下CO2的平衡轉(zhuǎn)化率趨于重合、升高溫度CO2的平衡轉(zhuǎn)化率增大,說明壓強(qiáng)影響不大、升溫平衡正向移動(dòng)為主,說明此時(shí)以發(fā)生副反應(yīng)為主,C項(xiàng)正確;催化劑不能使平衡發(fā)生移動(dòng),不能提高甲醇的平衡產(chǎn)率,D項(xiàng)錯(cuò)誤;該體系中所有物質(zhì)都呈氣態(tài),建立平衡的過程中混合氣體的總質(zhì)量始終不變,混合氣體的總物質(zhì)的量是變量,混合氣體的平均摩爾質(zhì)量是變量,故當(dāng)體系中混合氣體的平均摩爾質(zhì)量不再改變,則該體系達(dá)到平衡狀態(tài),E項(xiàng)正確。(4)設(shè)CO2、H2的初始物質(zhì)的量均為amol。列三段式CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)n(起始)/mol a a 0 0n(轉(zhuǎn)化)/mol 0.2a 0.6a 0.2a 0.2an(平衡)/mol 0.8a 0.4a 0.2a 0.2a平衡時(shí)總物質(zhì)的量為1.6amol,平衡時(shí)CO2、H2、CH3OH、H2O的分壓依次為1MPa、0.5MPa、0.25MPa、0.25MPa,則該反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp=0.25MPa×(5)①根據(jù)圖示,a電極為陽(yáng)極,b電極為陰極,b極上生成CH3OH的電極反應(yīng)式為CO2+6e-+6H+CH3OH+H2O。②由圖知,控制電壓為0.8V時(shí),陰極生成0.2molC2H5OH和0.2molH2,陰極的電極反應(yīng)式為2CO2+12e-+12H+C2H5OH+3H2O、2H++2e-H2↑,電解時(shí)轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量為0.2mol×12+0.2mol×2=2.8mol。大題突破練(四)有機(jī)合成與推斷綜合題學(xué)生用書P3161.(2024·甘肅二模)化合物M是一種治療抑郁癥和焦慮癥的藥物,某研究小組以化合物Ⅰ為原料合成化合物M的路線如下(部分反應(yīng)條件省略):已知:ⅰ)Ⅰ→Ⅱ的反應(yīng)是原子利用率100%的反應(yīng),且化合物a能使Br2的CCl4溶液褪色;ⅱ)。(1)化合物Ⅰ中含有的官能團(tuán)名稱是。

(2)化合物a的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為。

(3)下列說法正確的是(填字母)。

A.化合物Ⅱ在水中的溶解度比化合物Ⅰ小B.1mol化合物Ⅰ與濃溴水反應(yīng),最多可以消耗2molBr2C.化合物Ⅳ的分子中最多有7個(gè)碳原子共平面D.Ⅲ→Ⅳ的反應(yīng)屬于取代反應(yīng)(4)Ⅵ→Ⅶ的化學(xué)方程式為

。

(5)化合物Ⅷ有多種同分異構(gòu)體,同時(shí)符合下列條件的有種,其中核磁共振氫譜有三組峰,且峰面積之比為9∶2∶2的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為。

ⅰ)含有一個(gè)苯環(huán)且苯環(huán)上有兩個(gè)取代基;ⅱ)其中一個(gè)取代基為硝基。(6)根據(jù)上述信息,寫出以苯酚為原料合成水楊酸(鄰羥基苯甲酸)的路線(可使用本題中出現(xiàn)的有機(jī)試劑,無機(jī)試劑任選)。答案:(1)羥基、醚鍵(2)(3)AD(4)+H2(5)12(6)解析:Ⅰ→Ⅱ的反應(yīng)是原子利用率100%的反應(yīng),且化合物a能使Br2的CCl4溶液褪色,化合物a為,與化合物a發(fā)生加成反應(yīng)得到;根據(jù)信息ⅱ,Ⅲ為,Ⅲ與HCl發(fā)生取代反應(yīng)生成,Ⅳ與CH2CHCN反應(yīng)生成,Ⅴ在酸性條件下水解生成,Ⅵ與氫氣發(fā)生加成反應(yīng)生成,Ⅶ中羧基被氨基取代得到Ⅷ,Ⅷ經(jīng)過一系列變化生成M。(3)A.化合物Ⅰ中含有酚羥基,能與水分子形成分子間氫鍵,化合物Ⅱ在水中的溶解度比化合物Ⅰ小,正確;B.酚羥基的鄰對(duì)位均可與溴發(fā)生取代反應(yīng),1mol化合物Ⅰ與濃溴水反應(yīng),最多可以消耗3molBr2,錯(cuò)誤;C.與苯環(huán)直接相連的原子與苯環(huán)共平面,則醛基碳原子一定與苯環(huán)共平面,醚鍵的O原子與苯環(huán)共平面,單鍵可以旋轉(zhuǎn),則與醚鍵O原子相連的C原子也可能與苯環(huán)共平面,化合物Ⅳ的分子中最多有8個(gè)碳原子共平面,錯(cuò)誤;D.Ⅲ為,與HCl發(fā)生取代反應(yīng)生成,正確。(5)化合物Ⅷ的同分異構(gòu)體滿足,ⅰ)含有一個(gè)苯環(huán)且苯環(huán)上有兩個(gè)取代基;ⅱ)其中一個(gè)取代基為硝基,余下4個(gè)飽和碳,丁基有4種,苯環(huán)上硝基的鄰間對(duì)位有3種,共有4×3=12種;其中核磁共振氫譜有三組峰,且峰面積之比為9∶2∶2的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為。(6)根據(jù)上述信息,以Ⅰ到Ⅲ過程為模型,以苯酚為原料先與化合物a發(fā)生加成反應(yīng)得到,再根據(jù)Ⅱ到Ⅲ得到,第三步醛基的氧化條件合理即可(使用O2、銀氨溶液、新制氫氧化銅均可),合成水楊酸(鄰羥基苯甲酸)的路線為。2.(2024·湖南長(zhǎng)郡中學(xué)一模)α-氨基酸在堿性溶液中與茚三酮作用,能生成顯藍(lán)色或紫紅色的有色物質(zhì),這是鑒別α-氨基酸的靈敏方法。以下是茚三酮的合成及與α-氨基酸顯色的機(jī)理(部分條件和結(jié)構(gòu)已做簡(jiǎn)化處理):已知:RCOOR'+R″CH2COOR'回答下列問題:(1)有機(jī)物的化學(xué)名稱為,所涉及的非金屬元素第一電離能由大到小的順序?yàn)椤?/p>

(2)D的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為,M的化學(xué)式為。

(3)寫出B→C的化學(xué)方程式:

。

(4)已知結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定,在O的同分異構(gòu)體中,同時(shí)滿足下列條件的共有種。

①環(huán)狀結(jié)構(gòu)只有苯環(huán);②含有與苯環(huán)直接相連的硝基。(5)已知氨基酸可以由醛制備,其合成路線為,請(qǐng)以苯甲醛為原料,設(shè)計(jì)的合成路線(用流程圖表示,無機(jī)試劑、有機(jī)溶劑任選)。答案:(1)2-氨基丙酸或α-氨基丙酸或丙氨酸N>O>H>C(2)CO2(3)+2CH3CH2OH+2H2O(4)16(5)解析:A的分子式為C8H10,不飽和度為4,再根據(jù)C的結(jié)構(gòu)可知A為,B的分子式為C8H6O4,不飽和度為6,可知B的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式,D的分子式為C12H10O4,不飽和度為8,結(jié)合已知所給的反應(yīng)可知D的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為,由F的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式,參照G的名稱茚三酮,可確定G分子中含有三個(gè)酮羰基,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為;G與發(fā)生加成反應(yīng)生成H為;H發(fā)生消去反應(yīng)生成I;由L的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式,可確定M為CO2,據(jù)此作答。(1)有機(jī)物為α-氨基酸,化學(xué)名稱為2-氨基丙酸或α-氨基丙酸或丙氨酸。所涉及的四種非金屬元素為N、O、H、C,第一電離能由大到小的順序?yàn)镹>O>H>C。(2)結(jié)合已知信息分析可知,D的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為,通過對(duì)比I()和L()的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式,可確定M的化學(xué)式為CO2。(3)B的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式,B→C的化學(xué)方程式:+2CH3CH2OH+2H2O。(4)已知結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定,在O()的同分異構(gòu)體中,同時(shí)滿足下列條件:“①環(huán)狀結(jié)構(gòu)只有苯環(huán);②含有與苯環(huán)直接相連的硝基”的同分異構(gòu)體分子中,可能含有苯環(huán)、硝基、—C≡CH、—CH3,或苯環(huán)、硝基、—C≡C—CH3,或苯環(huán)、硝基、—CH2—C≡CH。含有苯環(huán)、硝基、—C≡CH、—CH3的同分異構(gòu)體,可將硝基在苯環(huán)上的位置固定,改變—C≡CH、—CH3在苯環(huán)上的位置,共有10種可能結(jié)構(gòu);含有苯環(huán)、硝基、—C≡C—CH3,或苯環(huán)、硝基、—CH2—C≡CH的同分異構(gòu)體,分別可能有3種結(jié)構(gòu)(鄰、間、對(duì)),所以符合條件的共有10+3+3=16種。(5)由逆推法,由具有酸性的羧基和具有堿性的氨基發(fā)生自身取代反應(yīng)得到,由經(jīng)酸化得到。3.(2024·湖南師大附中三模)莫西賽利(化合物J)是一種治療腦血管疾病的藥物,可改善腦梗死或腦出血后遺癥等癥狀。合成J的一種路線如下:C7H8OAC10H14O已知:ⅰ.A遇FeCl3溶液顯紫色;ⅱ.R1NH2+R2COOR3R2CONHR1+R3OH;ⅲ.+CH3COCl+HCl。(1)A的酸性(填“強(qiáng)”或“弱”)于苯酚。

(2)B→C的反應(yīng)類型為。

(3)E中官能團(tuán)的名稱為。

(4)F→G的轉(zhuǎn)化過程中,第①步反應(yīng)的化學(xué)方程式為

。

(5)已知胺類和酚類物質(zhì)均可與鹵素原子發(fā)生取代反應(yīng),則合成路線中設(shè)計(jì)D→E、F→G的目的為

。

(6)寫出三種不含手性碳原子的M的同分異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式:

。

(7)已知R—NH2易被氧化。寫出以和氯乙烷為原料合成的合成路線(有機(jī)溶劑和無機(jī)試劑任選)。答案:(1)弱(2)取代反應(yīng)(3)酰胺基、羥基(4)+HCl+H2O+CH3COOH(5)保護(hù)氨基(6)H2NCH2CH2CH2CH2Cl或H2NCH2CCl(CH3)2或(7)解析:A分子式是C7H8O,遇FeCl3溶液顯紫色,說明含有酚羥基,結(jié)合物質(zhì)的分子式及物質(zhì)在反應(yīng)過程中物質(zhì)的碳鏈結(jié)構(gòu)不變,可知A是間甲基苯酚(或3-甲基苯酚),其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式,A與在AlCl3催化作用下發(fā)生苯環(huán)上羥基的鄰位上的取代反應(yīng)產(chǎn)生B:,B與濃硝酸、濃硫酸混合加熱,發(fā)生苯環(huán)上羥基對(duì)位上的硝化反應(yīng)產(chǎn)生C:,C與Fe、HCl發(fā)生還原反應(yīng),—NO2被還原為—NH2,產(chǎn)生D:,D與CH3COOCH3發(fā)生—NH2上的取代反應(yīng)產(chǎn)生E:,E與分子式為C4H10NCl的物質(zhì)M發(fā)生羥基上的取代反應(yīng)產(chǎn)生F,F與HCl、H2O發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生和CH3COOH,再與NaOH反應(yīng)產(chǎn)生G,G與HNO2、在0~5℃及H2O下反應(yīng)產(chǎn)生分子式為C14H23NO2的H,H與CH3COCl發(fā)生羥基上的取代反應(yīng)產(chǎn)生J和HCl。(1)A為間甲基苯酚,烴基為推電子基團(tuán),導(dǎo)致O—H極性減弱,不易電離出H+,所以,A的酸性弱于苯酚;(2)根據(jù)分析可知,B與濃硝酸、濃硫酸混合加熱,發(fā)生苯環(huán)上羥基對(duì)位上的硝化反應(yīng)產(chǎn)生C,即發(fā)生取代反應(yīng);(3)根據(jù)分析可知,E為,其官能團(tuán)為酰胺基和羥基;(5)已知胺類和酚類物質(zhì)均可與鹵代烴中的鹵素原子發(fā)生取代反應(yīng),則根據(jù)合成路線的設(shè)計(jì)及官能團(tuán)可知,在合成路線中設(shè)計(jì)D→E、F→G的目的為保護(hù)氨基;(6)M分子式是C4H10NCl,其分子中若含有—NH2,碳鏈結(jié)構(gòu)有C—C—C—C和兩種不同結(jié)構(gòu)。對(duì)于C—C—C—C碳鏈結(jié)構(gòu),若—NH2連接在鏈端,C—C—C—C—NH2,碳鏈上有4種不同位置的H原子可以被Cl取代,產(chǎn)生4種氯代物;若—NH2連接在中間C原子上,,碳鏈上也有4種不同位置的H原子可以被Cl取代,又產(chǎn)生4種氯代物;對(duì)于碳鏈結(jié)構(gòu),若—NH2連接在甲基上,,碳鏈上有3種不同位置的H原子可以被Cl取代,能夠產(chǎn)生3種氯代物;若—NH2連接在中間的C原子上,則碳鏈上只有1種位置的H原子可以被Cl取代,產(chǎn)生1種氯代物;其中不含手性碳原子的同分異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式可以是H2NCH2CH2CH2CH2Cl或H2NCH2CCl(CH3)2