高考化学专题训练---化学反应原理综合考查的综合题分类含答案(1)

高考化学专题训练---化学反应原理综合考查的综合题分类含答案(1)

一、化学反应原理综合考查

1．水蒸汽催化重整生物油是未来工业化制氢的可行方案。以乙酸为模型物进行研究，发生的主要反应如下：

Ⅰ.CH 3COOH （g ）+2H 2O （g ）⇌2CO 2（g ）+4H 2（g ） △H 1 Ⅱ.CH 3COOH （g ）⇌2CO （g ）+2H 2（g ） △H 2 Ⅲ.CO 2（g ）+H 2（g ）⇌CO （g ）+H 2O （g ） △H 3 回答下列问题：

（1）用△H 1、△H 2表示，△H 3=___。

（2）重整反应的含碳产物产率、H 2产率随温度、水与乙酸投料比（S/C ）的变化关系如图（a ）、（b ）所示。

①由图（a ）可知，制备H 2最佳的温度约为___。

②由图（b ）可知，H 2产率随S/C 增大而___（填“增大”或“减小”）。

（3）向恒容密闭容器中充入等物质的量的CH 3COOH 和H 2O 混合气体，若仅发生反应Ⅰ至平衡状态，测得H 2的体积分数为50%，则CH 3COOH 的平衡转化率为___。

（4）反应体系常生成积碳。当温度一定时，随着S/C 增加，积碳量逐渐减小，其原因用化学方程式表示为___。

【答案】

21

H -H 2

V V 800℃ 增大 40% C(s)+H 2O (g)CO(g)+H 2(g)

【解析】 【分析】 【详解】

(1)根据题干信息分析，反应Ⅲ=1

2(反应Ⅱ-反应Ⅰ)，由盖斯定律可得213-2

H H H ∆∆∆=，故答案为：

21

-2

H H ∆∆； (2)①由图(a)可知，制备H 2在800℃时，达到最高转化率，则制备氢气最佳的温度约为800℃,故答案为：800℃；

②由图(b)可知，S/C 增大时，反应I 平衡向正反应方向移动，反应III 平衡向逆反应方向移

动，使体系中的H 2的量增大，故答案为：增大；

(3)设CH 3COOH 和H 2O 的物质的量均为1mol ，平衡时，反应了CH 3COOH x mol ，列三段式有：

()()()()()()()

3222CH COOH g +2H O g 2CO g + 4H g mol 1100mol x 2x 2x 4x mol 1-x

1-2x

2x

4x

ƒ

起始转化平衡

测得H 2的体积分数为50%，则41

112242

x x x x x =-+-++，计算得x=0.4mol ，醋酸的转

化率为：

0.4mol

100%1mol

⨯=40%，即CH 3COOH 平衡转化率为40%，故答案为：40%； (4)当温度一定时，随着S/C 增加，积碳量逐渐减小，是由于积碳与水蒸气反应生成了CO 和H 2，反应的化学方程式为C(s)+H 2O (g)CO(g)+H 2(g)，故答案为：

C(s)+H 2O (g)

CO(g)+H 2(g)；

2．甲醇与水蒸气重整制氢可直接用于燃料电池。回答下列问题： (1)已知甲醇分解反应：CH 3OH(g)ƒCO(g)＋2H 2(g) △H 1＝＋90.64 kJ·mol －1； 水蒸气变换反应：CO(g)＋H 2O(g)ƒCO 2

(g)＋H 2(g) △H 2＝－41.20 kJ·mol －1。 则CH 3OH(g)＋H 2O(g)ƒCO 2(g)＋3H 2(g) △H 3＝___________kJ·

mol －1。 (2)科学家通过密度泛函理论研究甲醇与水蒸气重整制氢反应机理时，得到甲醇在Pd(III)表面发生解离时四个路径与相对能量的关系如图所示，其中附在Pd(III)表面的物种用*标注。此历程中活化能最小的反应方程式为_____________________________________________。

(3)在0.1MPa 下，将总进料量为1 mol 且n(CH 3OH)：n(H 2O)＝1：1.3的混合气体充入一刚性密闭容器中反应。

①实验测得水蒸气变换反应的速率随温度的升高明显下降，原因是

____________________。

②平衡时，测得CH3OH的含量在给定温度范围内极小，H2、H2O(g)、CO、CO2四种组分的含量与反应温度的关系如图所示，曲线b、c对应物质的化学式分别为________、

________。

(4)573.2K时，向一刚性密闭容器中充入5.00 MPa CH3OH使其分解，t h后达平衡时H2的物质的量分数为60%，则t h内v(CH3OH)＝_____MPa·h－1，其分压平衡常数K p＝

_____MPa2。

【答案】+49.44 CH2O*+2H*=CHO*+3H*（或CH2O*=CHO*+H*）随温度升高，催化活性

降低CO2H2O（g）3.75

t

168.75

【解析】

【分析】

【详解】

（1）甲醇分解反应：CH3OH(g)ƒCO(g)＋2H2(g) △H1＝＋90.64 kJ·mol－1；①

水蒸气变换反应：CO(g)＋H2O(g)ƒCO2(g)＋H2(g) △H2＝－41.20 kJ·mol－1。②

将①+②，即可求出CH3OH(g)＋H2O(g)ƒCO2(g)＋3H2(g) △H3＝=+90.64 kJ·mol－1+（-41.20 kJ·mol－1）=+49.44 kJ·mol－1，故答案为：+49.44；

（2）活化能为反应物的总能量与过渡态能量之差，从图中可以看出，过渡态3发生的反应活化能最小。反应物为“CH2O*+2H*”，产物为“CHO*+3H*，故反应方程式为

CH2O*+2H*=CHO*+3H*．因为2H*反应前后都吸附在催化剂表面，未参与反应，故反应实质为CH2O*=CHO*+H*，故答案为：CH2O*+2H*=CHO*+3H*（或CH2O*=CHO*+H*）；

（3）因为温度升高，反应速率应加快，而图中速率减小，显然不是温度的影响，只能为催化剂的活性降低，故答案为：随温度升高，催化活性降低；

②对于反应CO（g）+H 2O（g）CO2（g）+H2（g）△H＜0，其他条件不变时，升高温度，平衡向左移动，即CO、H2O的含量均增大，CO2、H2的含量均减小。依据图中信息，可初步得知，a、b曲线分别对应CO2或H2，c、d曲线则对应CO或H2O（g）。根据反应方程式可知：该反应起始时，n（H2）＞n（CO2）、n（H2O）＞n（CO），平衡时含量必然有H2＞CO2、H2O＞CO．故a、b、c、d曲线分别对应H2、CO2、H2O（g）、CO，曲线b、c 对应物质的化学式分别为CO2、H2O（g），故答案为：CO2、H2O（g）；

（4）假设CH3OH的压强变化量为x，列出三段式：