高考化学专题训练：化学反应原理综合题

(2)①积碳反应中，由于催化剂X的活化能比催化剂Y的活化能要 小，所以催化剂X更有利于积碳反应的进行；而消碳反应中， 催化剂X的活化能大于催化剂Y，所以催化剂Y更有利于消碳反 应的进行；综合分析，催化剂X劣于催化剂Y。 由表格可知积碳反应、消碳反应都是吸热反应，温度升高，平 衡右移，K积、K消均增加，温度升高，反应速率均增大，从图像 上可知，随着温度的升高，催化剂表面的积碳量是减小的，所 以v消增加的倍数要比v积增加的倍数大。 ②由速率方程表达式v＝k·p(CH4)·[p(CO2)]－0.5可知，v与p(CO2) 成反比例关系，p(CO2)越大，反应速率越小，所以pc(CO2)＞ pb(CO2)＞pa(CO2)。
1．(2018·全国卷Ⅱ)CH4-CO2催化重整不仅可以得到合成气(CO和
H2)，还对温室气体的减排具有重要意义。回答下列问题：
(1)CH4-CO2催化重整反应为CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋
2H2(g)。 已知：C(s)＋2H2(g)===CH4(g)ΔH＝－75 kJ·mol－1 C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH＝－394 kJ·mol－1
化反应的平衡常数为________。
③升高温度，溶液中CrO
2－ 4
的平衡转化率减小，则该反应的
ΔH________0(填“大于”“小于”或“等于”)。
(3)在化学分析中采用K2CrO4为指示剂，以AgNO3标准溶液滴定
溶液中Cl－，利用Ag＋与CrO
2－ 4
生成砖红色沉淀，指示到达滴定
终点。当溶液中Cl－恰好完全沉淀(浓度等于1.0×10－5 mol·L－1)
1．(2016·全国卷Ⅰ)元素铬(Cr)在溶液中主要以Cr3＋(蓝紫色)、
Cr(OH)
－
4
(绿色)、Cr2O
2－ 7
(橙红色)、CrO
2－ 4
(黄色)等形式存在，
Cr(OH)3为难溶于水的灰蓝色固体，回答下列问题：
(1)Cr3＋与Al3＋的化学性质相似，在Cr2(SO4)3溶液中逐滴加入
NaOH溶液直至过量，可观察到的现象是_______________
答案：(1)蓝紫色溶液变浅，同时有灰蓝色沉淀生成，然后沉淀 逐渐溶解形成绿色溶液 (2)①2CrO24－＋2H＋ Cr2O27－＋H2O ②增大 1．0×1014 ③小于 (3)2.0×10－5 5.0×10－3 (4)Cr2O27－＋3HSO－ 3 ＋5H＋===2Cr3＋＋3SO24－＋4H2O
中CrO
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的平衡转化率减小，说明平衡向逆反应方向移动，由
升高温度平衡向吸热的方向移动，得出正反应为放热反应，ΔH
小于0。
(3)由AgCl的Ksp＝c(Ag＋)·c(Cl－)，当溶液中Cl－恰好完全沉淀(浓度 等于1.0×10－5 mol·L－1)时，溶液中c(Ag＋)＝21..00××1100－－150 mol·L－1 ＝2.0×10－5 mol·L－1；由Ag2CrO4的Ksp＝c2(Ag＋)·c(CrO24－)， 此时溶液中c(CrO24－)＝22..00× ×1100－ －1522 mol·L－1＝5.0×10－3 mol·L－1。 (4)根据电子守恒、电荷守恒、原子守恒可以得出NaHSO3将废液 中的Cr2O27－还原成Cr3＋的离子方程式为 5H＋＋3HSO－ 3 ＋Cr2O27－===2Cr3＋＋3SO24－＋4H2O。
[解题策略] 近几年常出现“物质转化或反应机理循环图”，根据箭头 的方向，判断一共发生了几个反应；确定反应物和产物；根据 反应过程中元素的化合价，判断是否发生了氧化还原反应；根 据反应机理判断哪些离子起到了催化剂的作用等。书写时首先 根据题给材料中的信息写出部分反应物和生成物的化学式，再 根据反应前后元素化合价有无变化判断反应类型：
高考化学专题训练： 化学反应原理综合题
类型一 以转化观为主线串联原理流程 试题常以“脱硫、脱硝、减少二氧化碳排放和新材料制 备”等与STSE(科学、技术、社会、环境)相关的流程为命题材 料，展示化学反应原理在化学新技术和新方法中的应用。常见 的考试形式为物质转化、过程中反应方程式的书写(包括离子方 程式和氧化还原方程式)、反应条件的应用、电子的得失。
(1)元素化合价无变化则为非氧化还原反应，遵循质量守恒 定律。
(2)元素化合价有变化则为氧化还原反应，除遵循质量守恒 外，还要遵循得失电子守恒规律。最后根据题目要求写出化学 方程式或离子方程式(需要遵循电荷守恒规律)即可。
类型二 以平衡观为抓手突破图表分析 平衡观是高中化学重要的核心素养，化学反应原理综合题 往往以工业生产和科学研究中的实际结果为命题背景，借助于 具体的图像或表格数据，运用平衡观分析反应条件的选择与控 制，从而考查考生对化学反应原理的深刻理解、实践应用或迁 移创新的能力。比如2019全国卷ⅠT28第(3)问来源于我国化学工 作者发表在顶级刊物Science中的文章“沉积在α­MoC上单层金 原子对水煤气的低温催化反应”，试题以文章中的单原子催化 能量变化的理论计算模型为情境，让学生认识、分析催化吸附 机理及反应过程中的能量变化。第(4)问以Shoichi研究的水煤气 变换中CO和H2分压随时间变化关系分析平衡移动过程。
解析：(1)①反应釜Ⅰ采用“气—液逆流”接触吸收法，其优点 是使气体和石灰乳充分接触，提高气体的吸收效率。②CaSO3 转化为CaSO4的化学反应方程式为2NO2＋CaSO3＋Ca(OH)2 ===CaSO4＋Ca(NO2)2＋H2O。(2)分析图3,0.10 mol SO2消耗 0.20 mol CO，生成0.05 mol Y和0.20 mol X，则得到反应： 2SO2＋4CO===Y＋4X，根据质量守恒定律，反应前后原子的 种类和数目都不变，产物X、Y的化学式分别是CO2、S2。 答案：(1)①使气体和石灰乳充分接触，提高气体的吸收效率 ②2NO2＋CaSO3＋Ca(OH)2===CaSO4＋Ca(NO2)2＋H2O (2)S2
2－ 4
和Cr2O
2－ 7
在溶液中可相互转化，再结合图像
知，Na2CrO4溶液中的转化反应为2CrO
2－ 4
＋2H＋
Cr2O
2－ 7
＋
H2O。②由图可知，溶液的酸性增强，Cr2O
2－ 7
的浓度越大，平
衡向正反应方向移动，因此CrO
2－ 4
的平衡转化率增大；由反应
2CrO24－＋2H＋ Cr2O27－＋H2O得该转化反应的平衡常数表达式
时，溶液中c(Ag＋)为________
mol·L－1，此时溶液中c(CrO
2－ 4
)等
于__________mol·L－1。(已知Ag2CrO4、AgCl的Ksp分别为2.0×
10－12和2.0×10－10)
(4)＋6价铬的化合物毒性较大，常用NaHSO3将废液中的Cr2O
2－ 7
还原成Cr3＋，该反应的离子方程式为____________________
____________________________________________________。
解析：(1)由信息Cr3＋与Al3＋的化学性质相似知，向Cr2(SO4)3溶 液中逐滴加入NaOH溶液直至过量的现象是蓝紫色溶液变浅，
同时有灰蓝色沉淀生成，然后沉淀逐渐溶解，溶液变为绿色。
(2)①由信息CrO
______________________________________________。
(2)CrO
2－ 4
和Cr2O
2－ 7
在溶液中可
相互转化。室温下，初始浓度
为1.0 mol·L－1的Na2CrO4溶液
中c(Cr2O
2－ 7
)随c(H＋)的变化如
图所示。
①用离子方程式表示Na2CrO4溶液中的转化反应_____________
解析：(1)将题给已知三个反应依次编号为①、②、③， 根据盖斯定律，由③×2－①－②可得： CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g) ΔH＝＋247 kJ·mol－1
根据平衡移动的影响因素，该反应的正反应是一个吸热、气体
体积增大的反应，所以高温低压有利于反应正向移动。
起始浓度/(mol·L－1) 转化浓度/(mol·L－1)
2．采用科学技术减少氮氧化物、SO2等物质的排放，可促进社 会主义生态文明建设。 (1)采用“联合脱硫脱氮技术”处理烟气(含CO2、SO2、NO) 可获得含CaCO3、CaSO4、Ca(NO2)2的副产品，工业流程如 图1所示。
①反应釜Ⅰ采用“气—液逆流”接触吸收法(如图2)，其优点是 _____________________。 ②反应釜Ⅱ中CaSO3转化为CaSO4的化学反应方程式为 ____________________________________________________。 (2)为研究“CO还原SO2”的新技 术，在反应器中加入0.10 mol SO2， 改变加入CO的物质的量，反应后体 系中产物随CO的变化如图3所示。其 中产物Y的化学式是 _______________________ _____________________________________________________。
_______________________________________________________
___________________________________。
②由图可知，溶液酸性增大，CrO24－的平衡转化率__________
(填“增大”“减小”或“不变”)。根据A点数据，计算出该转
C(s)＋12O2(g)===CO(g) ΔH＝－111 kJ·mol－1
该催化重整反应的ΔH＝________kJ·mol－1。有利于提高CH4
平衡转化率的条件是________(填标号)。
A．高温低压
B．低温高压
C．高温高压
D．低温低压
某温度下，在体积为2 L的容器中加入2 mol CH4、1 mol CO2 以及催化剂进行重整反应，达到平衡时CO2的转化率是50%， 其平衡常数为________mol2·L－2。 (2)反应中催化剂活性会因积碳反应而降低，同时存在的消碳反 应则使积碳量减少。相关数据如下表：
为
cCr2O27－ c2CrO24－·c2H＋
，根据A点数据可以得出c(H＋)＝1.0×10－7
mol·L－1、c(Cr2O27－)＝0.25 mol·L－1，可求出转化的c(CrO24－)＝
0.25 mol·L－1×2＝0.5 mol·L－1，进一步可得平衡时c(CrO24－)＝
0.5 mol·L－1，代入表达式中得平衡常数K＝1.0×1014。③溶液
ΔH/(kJ·mol－1) 活化能 催化剂X /(kJ·mol－1) 催化剂Y
积碳反应 CH4(g)=== C(s)＋2H2(g)
75
33
43
消碳反应 CO2(g)＋ C(s)===2CO(g)
172 91 72
①由上表判断，催化剂X________Y(填“优于”或“劣于”)， 理由是_____________________________________________。 在反应进料气组成、压强及反应时间相同 的情况下，某催化剂表面的积碳量随温度 的变化关系如图所示。升高温度时，下列 关于积碳反应、消碳反应的平衡常数(K)和 速率(v)的叙述正确的是________(填标号)。 A．K积、K消均增加 B．v积减小、v消增加 C．K积减小、K消增加 D．v消增加的倍数比v积增加的倍数大
CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)
1
0.5
0
0
0.25 0.25
0.5
0.5
平衡浓度/(mol·L－1)
0.75
0.25
0.5
0.5
K＝cc2CCHO4··cc2CHO22
＝00..575mmolo·Ll·L－1－12××00.2.55
mol·L－12 mol·L－1
＝13 mol2·L－2。
②在一定温度下，测得某催化剂上沉积碳的 生成速率方程为v＝k·p(CH4)·[p(CO2)]－0.5 (k为速率常数)。在p(CH4)一定时，不同 p(CO2)下积碳量随时间的变化趋势如图所 示，则pa(CO2)、pb(CO2)、pc(CO2)从大到小的顺序为 ___________________________________。