专题12 化学反应原理综合题-:三年(2021-2023)高考化学真题分项汇编(全国通用)(解析版)

2023-11-14 · U1 上传 · 89页 · 8.5 M

专题十二化学反应原理综合题1.(2023·全国乙卷)硫酸亚铁在工农业生产中有许多用途,如可用作农药防治小麦黑穗病,制造磁性氧化铁、铁催化剂等。回答下列问题:(1)在气氛中,的脱水热分解过程如图所示:根据上述实验结果,可知,。(2)已知下列热化学方程式:则的。(3)将置入抽空的刚性容器中,升高温度发生分解反应:(Ⅰ)。平衡时的关系如下图所示。时,该反应的平衡总压、平衡常数。随反应温度升高而(填“增大”“减小”或“不变”)。(4)提高温度,上述容器中进一步发生反应(Ⅱ),平衡时(用表示)。在时,,则,(列出计算式)。【答案】(1)41(2)(a+c-2b)(3)3增大(4)46.26【详解】(1)由图中信息可知,当失重比为19.4%时,转化为,则,解之得=4;当失重比为38.8%时,转化为,则,解之得y=1。(2)①②③根据盖斯定律可知,①+③-②2可得,则(a+c-2b)。(3)将置入抽空的刚性容器中,升高温度发生分解反应:(Ⅰ)。由平衡时的关系图可知,时,,则,因此,该反应的平衡总压3、平衡常数。由图中信息可知,随着温度升高而增大,因此,随反应温度升高而增大。(4)提高温度,上述容器中进一步发生反应(Ⅱ),在同温同压下,不同气体的物质的量之比等于其分压之比,由于仅发生反应(Ⅰ)时,则,因此,平衡时。在时,,则、,联立方程组消去,可得,代入相关数据可求出46.26,则,。2.(2023·全国甲卷)甲烷选择性氧化制备甲醇是一种原子利用率高的方法。回答下列问题:(1)已知下列反应的热化学方程式:①        ②         反应③的,平衡常数(用表示)。(2)电喷雾电离等方法得到的(等)与反应可得。与反应能高选择性地生成甲醇。分别在和下(其他反应条件相同)进行反应,结果如下图所示。图中的曲线是(填“a”或“b”。、时的转化率为(列出算式)。  (3)分别与反应,体系的能量随反应进程的变化如下图所示(两者历程相似,图中以示例)。  (ⅰ)步骤Ⅰ和Ⅱ中涉及氢原子成键变化的是(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。(ⅱ)直接参与化学键变化的元素被替换为更重的同位素时,反应速率会变慢,则与反应的能量变化应为图中曲线(填“c”或“d”)。(ⅲ)与反应,氘代甲醇的产量(填“>”“<”或“=”)。若与反应,生成的氘代甲醇有种。【答案】(1)或(2)b(3)Ⅰc<2【详解】(1)根据盖斯定律可知,反应③=(反应②-①),所以对应;根据平衡常数表达式与热化学方程式之间的关系可知,对应化学平衡常数或,故答案为:;或;(2)根据图示信息可知,纵坐标表示-lg(),即与MO+的微粒分布系数成反比,与M+的微粒分布系数成正比。则同一时间内,b曲线生成M+的物质的量浓度比a曲线的小,证明化学反应速率慢,又因同一条件下降低温度化学反应速率减慢,所以曲线b表示的是300K条件下的反应;根据上述分析结合图像可知,、时-lg()=0.1,则=10-0.1,利用数学关系式可求出,根据反应可知,生成的M+即为转化的,则的转化率为;故答案为:b;;(3)(ⅰ)步骤Ⅰ涉及的是碳氢键的断裂和氢氧键的形成,步骤Ⅱ中涉及碳氧键形成,所以符合题意的是步骤Ⅰ;(ⅱ)直接参与化学键变化的元素被替换为更重的同位素时,反应速率会变慢,则此时正反应活化能会增大,根据图示可知,与反应的能量变化应为图中曲线c;(ⅲ)与反应时,因直接参与化学键变化的元素被替换为更重的同位素时,步骤Ⅰ的活化能增大,反应速率会变慢,则CH2DOD更难获得,故产率:<;根据反应机理可知,若与反应,生成的氘代甲醇可能为或共2种,故答案为:<;2。3.(2023·全国课标卷)氨是最重要的化学品之一,我国目前氨的生产能力位居世界首位。回答下列问题:(1)根据图1数据计算反应的。(2)研究表明,合成氨反应在催化剂上可能通过图2机理进行(*表示催化剂表面吸附位,表示被吸附于催化剂表面的)。判断上述反应机理中,速率控制步骤(即速率最慢步骤)为(填步骤前的标号),理由是。(3)合成氨催化剂前驱体(主要成分为)使用前经还原,生成包裹的。已知属于立方晶系,晶胞参数,密度为,则晶胞中含有的原子数为(列出计算式,阿伏加德罗常数的值为)。(4)在不同压强下,以两种不同组成进料,反应达平衡时氨的摩尔分数与温度的计算结果如下图所示。其中一种进料组成为,另一种为。(物质i的摩尔分数:)①图中压强由小到大的顺序为,判断的依据是。②进料组成中含有惰性气体的图是。③图3中,当、时,氮气的转化率。该温度时,反应的平衡常数(化为最简式)。【答案】(1)(2)(ⅱ)在化学反应中,最大的能垒为速率控制步骤,而断开化学键的步骤都属于能垒,由于的键能比H-H键的大很多,因此,在上述反应机理中,速率控制步骤为(ⅱ)(3)(4)合成氨的反应为气体分子数减少的反应,压强越大平衡时氨的摩尔分数越大图4【详解】(1)在化学反应中,断开化学键要消耗能量,形成化学键要释放能量,反应的焓变等于反应物的键能总和与生成物的键能总和的差,因此,由图1数据可知,反应的。(2)由图1中信息可知,的,则的键能为;的,则H-H键的键能为。在化学反应中,最大的能垒为速率控制步骤,而断开化学键的步骤都属于能垒,由于的键能比H-H键的大很多,因此,在上述反应机理中,速率控制步骤为(ⅱ)。(3)已知属于立方晶系,晶胞参数,密度为,设其晶胞中含有的原子数为,则晶体密度,解之得,即晶胞中含有的原子数为。(4)①合成氨的反应中,压强越大越有利于氨的合成,因此,压强越大平衡时氨的摩尔分数越大。由图中信息可知,在相同温度下,反应达平衡时氨的摩尔分数,因此,图中压强由小到大的顺序为,判断的依据是:合成氨的反应为气体分子数减少的反应,压强越大平衡时氨的摩尔分数越大。②对比图3和图4中的信息可知,在相同温度和相同压强下,图4中平衡时氨的摩尔分数较小。在恒压下充入惰性气体,反应混合物中各组分的浓度减小,各组分的分压也减小,化学平衡要朝气体分子数增大的方向移动,因此,充入惰性气体不利于合成氨,进料组成中含有惰性气体的图是图4。③图3中,进料组成为两者物质的量之比为3:1。假设进料中氢气和氮气的物质的量分别为3mol和1mol,达到平衡时氮气的变化量为xmol,则有:当、时,,解之得,则氮气的转化率,平衡时、、的物质的量分别为、2、,其物质的量分数分别为、、,则该温度下因此,该温度时,反应的平衡常数。4.(2023·湖南卷)聚苯乙烯是一类重要的高分子材料,可通过苯乙烯聚合制得。Ⅰ.苯乙烯的制备(1)已知下列反应的热化学方程式:①②③计算反应④的;(2)在某温度、下,向反应器中充入气态乙苯发生反应④,其平衡转化率为50%,欲将平衡转化率提高至75%,需要向反应器中充入水蒸气作为稀释气(计算时忽略副反应);(3)在、下,以水蒸气作稀释气。作催化剂,乙苯除脱氢生成苯乙烯外,还会发生如下两个副反应:⑤⑥以上反应体系中,芳香烃产物苯乙烯、苯和甲苯的选择性S()随乙苯转化率的变化曲线如图所示,其中曲线b代表的产物是,理由是;  (4)关于本反应体系中催化剂的描述错误的是_______;A.X射线衍射技术可测定晶体结构B.可改变乙苯平衡转化率C.降低了乙苯脱氢反应的活化能D.改变颗粒大小不影响反应速率Ⅱ.苯乙烯的聚合苯乙烯聚合有多种方法,其中一种方法的关键步骤是某(Ⅰ)的配合物促进(引发剂,X表示卤素)生成自由基,实现苯乙烯可控聚合。(5)引发剂中活性最高的是;(6)室温下,①在配体L的水溶液中形成,其反应平衡常数为K;②在水中的溶度积常数为。由此可知,在配体L的水溶液中溶解反应的平衡常数为(所有方程式中计量系数关系均为最简整数比)。【答案】(1)+118(2)5(3)苯反应④为主反应,反应⑤⑥为副反应,苯乙烯的选择性最大;在恒温恒压下,随乙苯转化率的增大,反应⑤正向移动,反应⑥不移动,则曲线b代表产物苯(4)BD(5)C6H5CH2Cl(6)K∙Ksp【详解】(1)根据盖斯定律,将①-②-③可得C6H5C2H5(g)⇌C6H5CH=CH2(g)+H2(g)∆H4=-4386.9kJ/mol-(-4263.1kJ/mol)-(-241.8kJ/mol)=+118kJ/mol;答案为:+118;(2)设充入H2O(g)物质的量为xmol;在某温度、100kPa下,向反应器中充入1mol气态乙苯发生反应④。乙苯的平衡转化率为50%,可列三段式,此时平衡时混合气体总物质的量为1.5mol,此时容器的体积为V;当乙苯的平衡转化率为75%,可列三段式,此时乙苯、苯乙烯、H2物质的量之和为1.75mol,混合气的总物质的量为(1.75+x)mol,在恒温、恒压时,体积之比等于物质的量之比,此时容器的体积为;两次平衡温度相同,则平衡常数相等,则=,解得x=5;答案为:5;(3)曲线a芳香烃产物的选择性大于曲线b、c芳香烃产物的选择性,反应④为主反应,反应⑤⑥为副反应,则曲线a代表产物苯乙烯的选择性;反应④⑤的正反应为气体分子数增大的反应,反应⑥的正反应是气体分子数不变的反应;在913K、100kPa(即恒温恒压)下以水蒸气作稀释气,乙苯的转化率增大,即减小压强,反应④⑤都向正反应方向移动,反应⑥平衡不移动,故曲线b代表的产物是苯;答案为:苯;反应④为主反应,反应⑤⑥为副反应,苯乙烯的选择性最大;在恒温恒压下,随乙苯转化率的增大,反应⑤正向移动,反应⑥不移动,则曲线b代表产物苯;(4)A.测定晶体结构最常用的仪器是X射线衍射仪,即用X射线衍射技术可测定Fe2O3晶体结构,A项正确;B.催化剂不能使平衡发生移动,不能改变乙苯的平衡转化率,B项错误;C.催化剂能降低反应的活化能,加快反应速率,故Fe2O3可降低乙苯脱氢反应的活化能,C项正确;D.催化剂颗粒大小会影响接触面积,会影响反应速率,D项错误;答案选BD。(5)电负性Cl>Br>I,则极性C—Cl键>C—Br键>C—I键,则C6H5CH2Cl更易生成自由基,即活性最高的是C6H5CH2Cl;答案为:C6H5CH2Cl;(6)Cu+在配体L的水溶液中形成[Cu(L)2]+,则Cu++2L⇌[Cu(L)2]+的平衡常数K=;CuBr在水中的溶度积常数Ksp=c(Cu+)∙c(Br-);CuBr在配体L的水溶液中溶解反应为CuBr+2L⇌[Cu(L)2]++Br-,该反应的平衡常数为==K∙Ksp;答案为:K∙Ksp。5.(2023·广东卷)配合物广泛存在于自然界,且在生产和生活中都发挥着重要作用。(1)某有机物能与形成橙红色的配离子,该配离子可被氧化成淡蓝色的配离子。①基态的电子轨道表示式为。②完成反应的离子方程式:(2)某研究小组对(1)中②的反应进行了研究。用浓度分别为的溶液进行了三组实验,得到随时间t的变化曲线如图。  ①时,在内,的平均消耗速率=。②下列有关说法中,正确的有。A.平衡后加水稀释,增大B.平衡转化率:C.三组实验中,反应速率都随反应进程一直减小D.体系由橙红色转变为淡蓝色所需时间:(3)R的衍生物L可用于分离稀土。溶液中某稀土离子(用M表示)与L存在平衡:      研究组配制了L起始浓度与L起始浓度比不同的系列溶液,反应平衡后测定其核磁共振氢谱。配体L上的某个特征H在三个物种中的化学位移不同,该特征H对应吸收峰的相对峰面积S(体系中所有特征H的总峰面积计为1)如下表。01.0000ax0.64b0.400.60【注】核磁共振氢谱中相对峰面积S之比等于吸收峰对应H的原子数目之比;“”表示未检测到。①时,。②时,平衡浓度比。(4)研究组用吸收光谱法研究了(3)中M与L反应体系。当时,测得平衡时各物种随的变化曲线如图。时,计算M的平衡转化率(写出计算过程,结果保留两位有效数字)。  【答案】(1)  HNO2(2)A、B(3)0.363:4或0.75(4)98%【详解】(1)①基态的电子轨道表示式为  ;②根据原子守恒可知离子方程式中需要增加HNO2。(2)①浓度分别为的溶液,反应物浓度增加,反应速率增大,据此可知三者对应的曲线分别为Ⅰ、Ⅱ、

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