2021届新高考化学二轮专题复习课件：题型二 化学反应原理综合应用题

小于 0。
(3)在 440 K 时，氢气的物质的量分数为 0.39，H2O 的物质的量分数也为 0.39， 根据平衡时 n(CO2) :n(H2)＝1:3，知 CO2 的物质的量分数为 0.39/3，根据平衡时 n(C2H4) :n(H2O)＝1:4，知 C2H4的物质的量分数为 0.39/4，则 p(H2)＝0.39×0.1 MPa， p(H2O)＝0.39×0.1 MPa，p(C2H4)＝0.39×04.1 MPa，p(CO2)＝0.39×03.1 MPa，Kp
判断的依据是_该__反__应_气__体__分__子__数__减__少__，__增__大__压__强__，__α_提_。高。
影响 α 的因素有5.0__M温_P_度a_>_、2_._5压_M_强_P_和a_＝_反_p_应2，__物所__的以__起_p_始1＝__浓5_.度_0_M(_组_P_成a__)____。
度等。
(3)设充入气体的总物质的量为 100 mol，则 SO2 为 2m mol，O2 为 m mol，N2 为(100－3m) mol，SO2 的转化率为 α，列三段式为：
SO2(g)
＋
1 2O2(g)
SO3(g)
n(起始)/mol
2m
m
0
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n(转化)/mol
2mα
mα
2mα
n(平衡)/mol
2m－2mα m－mα 2mα
②由于该反应为吸热反应、且为气体分子数增大的反应，因此可通过升高温
度、减小体系压强等提高该反应的平衡转化率。③设起始时 C2H6 和 H2 的物质的 量均为 1 mol，列出三段式：
C2H6(g)===C2H4(g)＋H2(g) 起始量/mol 1 0 1 转化量/mol α α α 平衡量/mol 1－α α 1＋α 平衡时 C2H6、C2H4 和 H2 对应的分压分别为12－ ＋ααp、2＋α αp 和21＋＋ααp，则该反 应的平衡常数 Kp＝2＋α α1p－×α12＋ ＋ααp＝2＋αα1＋1α－ α×p。
B．增加H2浓度，r增大 C．乙烷的生成速率逐渐增大
D．降低反应温度，k减小
(3)CH4和CO2都是比较稳定的分子，科学家利用电化学装置实现两种分 子的耦合转化，其原理如图所示：
①阴极上的反应式为_C_O__2＋__2_e_－_=_=_=_C__O_＋__O_2_－___________________。 ②若生成的乙烯和乙烷的体积比为2:1，则消耗的CH4和CO2体积比为 _6:_5___。
＝
1－α1.510α0－m mαp0.5。
(4)由反应的速率方程可知，当 α′＝0.90 时，(1－nα′)是常数，温度大于 tm 后，温度升高，k 增大，而 v 逐渐下降，原因是 SO2(g)＋12O2(g) SO3(g)是放热
反应，升高温度时平衡逆向移动，α 减小，αα′－10.8 减小，k 增大对 v 的提高小 于 α 引起的降低。
解析：(1)由题意知二氧化碳与氢气反应生成乙烯和水，反应的化学方程式为 2CO2＋6H2 CH2===CH2＋4H2O，n(C2H4):n(H2O)＝1:4；此反应为气体体积减小 的反应，增大压强，平衡向气体体积减小的方向(正反应方向)移动，n(C2H4)变大。 (2)反应方程式中 CO2 和 H2 的系数之比为 1:3，开始时加入的 n(CO2) :n(H2)＝1:3， 则平衡时 n(CO2) :n(H2)也应为 1:3，n(C2H4) :n(H2O)应为 1:4，由题图可知曲线 a 为 H2，b 为 H2O，c 为 CO2，d 为 C2H4，随温度升高，平衡时 C2H4 和 H2O 的物 质的量分数逐渐减小，H2 和 CO2 的物质的量分数逐渐增加，说明升高温度平衡逆 向移动，根据升高温度平衡向吸热的方向移动，知正反应方向为放热反应，ΔH
①ΔH1＝___1_3_7___ kJ·mol－1。
②提高该反应平衡转化率的方法有_升__高__温__度_____、__减__小__压__强______。
③容器中通入等物质的量的乙烷和氢气，在等压下(p)发生上述反应，
乙烷的平衡转化率为α。反应的平衡常数Kp＝_________(用平衡分压代替平 衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)。2＋αα1＋1α－ α×p
(3)将组成(物质的量分数)为 2m% SO2(g)、m% O2(g)和 q% N2(g)的气体通 入反应器，在温度 t、压强 p 条件下进行反应。平衡时，
2mα 若 SO2 转化率为 α，则 SO3 压强为1_0_0_－__m__α_p ，
α 质的平量衡分数常数)。Kp＝____1_－__α__1._5_1_0_0_－m__m_α_p__0.5___ (以分压表示，分压＝总压×物
缓慢甚至停止，即 k 也随着减小，D 项正确。
(3)①结合图示可知 CO2 在阴极发生还原反应生成 CO，即阴极上的反应式为 CO2＋2e－===CO＋O2－。②设生成 C2H4 和 C2H6 的物质的量分别为 2 mol 和 1 mol， 则反应中转移电子的物质的量为 4 mol×2＋2 mol×1＝10 mol，根据碳原子守恒，
高温 (2)高温下，甲烷生成乙烷的反应如下：2CH4 ――→ C2H6＋H2。反应在 初期阶段的速率方程为：r＝k×cCH4，其中k为反应速率常数。 ①设反应开始时的反应速率为r1，甲烷的转化率为α时的反应速率为r2， 则r2＝__1_－__α_____r1。 ②对于处于初期阶段的该反应，下列说法正确的是_A__D______。 A．增加甲烷浓度，r增大
故平衡时容器中的气体的总物质的量为(2m－2mα＋m－mα＋2mα＋100－
3m)mol ＝ (100 － mα)mol 。 各 物 质 的 分 压 分 别 为
p(SO2)
＝
2m－2mα 100－mα
p
，
p(O2)
＝
m－mα 100－mα
p
，
p(SO3)
＝
2mα 100－mα
p
，
故
2mα
Kp
＝
100－mαp 21m00－－2mmααp1m00－－mmααp0.5
(2)理论计算表明，原料初始组成n(CO2):n(H2)＝1:3，在体系压强为0.1 MPa，反应达到平衡时，四种组分的物质的量分数x随温度T的变化如图所 示。
图中，表示C2H4、CO2变化的曲线分别是___d_____、____c____。CO2催 化加氢合成C2H4反应的ΔH_小__于_0(填“大于”或“小于”)。
可知反应的 CH4 为 6 mol；则由 CO2→CO 转移 10 mol 电子，需消耗 5 mol CO2， 则反应中消耗 CH4 和 CO2 的体积比为 6:5。
3．[2020·全国卷Ⅲ]二氧化碳催化加氢合成乙烯是综合利用CO2的热点 研究领域．回答下列问题：
(1)CO2催化加氢生成乙烯和水的反应中，产物的物质的量之比 n(C2H4):n(H2O)＝__1_:_4____。当反应达到平衡时，若增大压强，则 n(C2H4)___变__大___(填“变大”“变小”或“不变”)。
2＋αp
(2)①反应初始时可认为 cCH4＝1 mol·L－1，则根据初期阶段的速率方程可知 k＝r1，当 CH4 的转化率为 α 时，cCH4＝(1－α)mol·L－1，则此时 r2＝(1－α)r1。② 由 r＝k×cCH4 可知，CH4 的浓度越大，反应速率 r 越大，A 项正确；增加 H2 浓 度，CH4 的浓度减小或不变，则 r 减小或不变，B 项错误；随着反应的进行，CH4 的浓度逐渐减小，则反应速率逐渐减小，C 项错误；降低温度，该反应进行非常
＝pp46HH2O2·p·p2CCO2H24＝00.3.3996×4×00.3.343992×0.113(MPa)－3＝94×0.01393(MPa)－3。(4)压强和温 度一定，若要提高反应速率和乙烯的选择性，可采用选择合适催化剂等方法。
的提高大于 α 引起的降低；t>tm 后，k 增大对 v 的提高小于 α 引起的降低
解析：(1)V2O5 和 SO2 反应生成 VOSO4 和 V2O4 的化学方程式为 2V2O5＋ 2SO2===2VOSO4 ＋ V2O4 。 由 题 图 (a) 可 得 以 下 两 个 热 化 学 方 程 式 ： ①V2O4(s) ＋ 2SO3(g)===2VOSO4(s) ΔH1＝－399 kJ·mol－1，②V2O4(s)＋SO3(g)===V2O5(s)＋ SO2(g) ΔH2＝－24 kJ·mol－1，将①－2×②可得：2V2O5(s)＋2SO2(g)===2VOSO4(s) ＋V2O4(s) ΔH＝－351 kJ·mol－1。
(2)该反应的正反应是气体分子数减少的反应，压强增大，平衡正向移动，SO2 的平衡转化率变大，故在相同温度下，压强越大，SO2 的平衡转化率越高，则 p1 ＝5.0 MPa，由题图可知在 550 ℃、5.0 MPa 时，α＝0.975；由该反应的正反应是
气体分子数减少的放热反应可知，影响 α 的因素有压强、温度和反应物的起始浓
2．[2020·全国卷Ⅱ]天然气的主要成分为CH4，一般还含有C2H6等烃 类，是重要的燃料和化工原料。
(1)乙烷在一定条件可发生如下反应：C2H6(g)===C2H4(g)＋H2(g) ΔH1， 相关物质的燃烧热数据如表所示：
物质
C2H6(g) C2H4(g) H2(g)
燃烧热ΔH/(kJ·mol－1) －1 560 －1 411 －286
VOSO4(s)和 V2O4(s)的热化学方程式为_______________________。 V2O5(s)＋2SO2(g)===2VOSO4(s)＋V2O4(s) Δ H＝－351 kJ·mol－1
(2)当 SO2(g)、O2(g)和 N2(g)起始的物质的量分数分别为 7.5%、10.5%和 82%时，在 0.5 MPa、2.5 MPa 和 5.0 MPa 压强下，SO2 平衡转化率 α 随温度的 变化如图(b)所示。反应在 5.0 MPa、550℃时的 α＝__0_.9_7_5___ ，
(3)根据图中点A(440K,0.39)，计算该温度时反应的平衡常数Kp＝ _量__分__数94_×_)。_0_._01_3_9_3 ___(MPa)－3(列出计算式。以分压表示，分压＝总压×物质的
(4)二氧化碳催化加氢合成乙烯反应往往伴随副反应，生成C3H6、 C3H8、C4H8等低碳烃。一定温度和压强条件下，为了提高反应速率和乙烯选 择性，应当_选__择__合__适__催__化__剂__等________________________。
(4)研究表明，SO2催化氧化的反应速率方程为： v＝kαα′－10.8(1－nα′) 式中：k为反应速率常数，随温度t升高而增大；α为SO2平衡转化率， α′为某时刻SO2转化率，n为常数。在α′＝0.90时，将一系列温度下的k、α 值代入上述速率方程，得到v～t曲线，如图(c)所示。
曲线上v最大值所对应温度称为该α′下反应的最适宜温度tm。t<tm时，v 逐渐提高；t>tm后，v逐渐下降。原因是 __升__高__温__度_，__k__增__大__使__v__逐__渐__提__高__，__但__α__降__低__使__v__逐__渐_。下降。t<tm 时，k 增大对 v
解析：(1)①根据题表中数据信息可写出热化学方程式
(ⅰ)C2H6(g)＋72O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(l) ΔH＝－1 560 kJ·mol－1、 (ⅱ)C2H4(g)＋3O2(g)===2CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－1 411 kJ·mol－1、
(ⅲ)H2(g)＋12O2(g)===H2O(l) ΔH＝－286 kJ·mol－1，根据盖斯定律，由(ⅰ) －(ⅱ)－(ⅲ)得 C2H6(g)===C2H4(g)＋H2(g) ΔH1＝＋137 kJ·mol－1。
题型二 化学反应原理综合应用题
真题·考情
『全国卷』
1．[2020·全国卷Ⅰ]硫酸是一种重要的基本化工产品。接触法制硫酸生产 中的关键工序是 SO2 的催化氧化： SO2(g)＋21O2(g)钒―催―化→剂SO3(g) ΔH＝－ 98 kJ·mol－1。回答下列问题：
(1)钒催化剂参与反应的能量变化如图(a)所示，V2O5(s)与 SO2(g)反应生成