化学反应原理综合题解题策略

2013年广东省高考化学专题检测试题
化学反应原理综合题解题策略
1．(2012年广东湛江模拟)尿素(H2NCONH2)是一种非常重要的高氮化肥，工业上合成尿素的反应如下：
2NH3(l)＋CO2(g)H2O(l)＋H2NCONH2 (l)ΔH＝－103.7 kJ·mol－1
反应在进行时分为如下两个步骤：
第一步：2NH3(l)＋CO2(g)H2NCOONH4 (l) (氨基甲酸铵)ΔH1
第二步：H2NCOONH4(l)H2O(l)＋H2NCONH2(l)ΔH2
某实验小组模拟工业上合成尿素的条件，在一体积为0.5 L的密闭容器中投入4 mol氨气和1 mol二氧化碳，实验测得反应中各组分随时间的变化图1所示：
(1)下列措施中有利于提高尿素的产率的是________。

A．采用高温
B．采用高压
C．在反应混合物中加入更多的水
(2)ΔH1和ΔH2的代数关系是__________________(用含ΔH1和ΔH2的函数式表示)。

(3)由上面信息可知总反应进行到__________min时到达平衡。

该反应达到平衡的标志是____________________________不再变化(填一条即可)。

(4)已知总反应的快慢由慢的一步决定，则合成尿素总反应的快慢由第________步反应决定。

(5)第二步反应的平衡常数K随温度的变化如图2所示，则ΔH2________0(填“＞”、“＜”或“＝”)；平衡后若在时间t时对该反应体系升温到某温度，请在下面的坐标图中画出第二步反应平衡移动的v－t图。

2．(2012年广东佛山模拟)燃煤废气中的氮氧化物(NO x)、二氧化碳等气体，常用下列方法处理，以实现节能减排、废物利用等。

(1)对燃煤废气进行脱硝处理时，常利用甲烷催化还原氮氧化物：
CH4 (g)＋4NO2(g)===4NO(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)ΔH＝－574 kJ·mol－1
CH4(g)＋4NO(g)===2N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)ΔH＝－1160 kJ·mol－1
则CH4(g)将NO2(g)还原为N2(g)的热化学方程式为：
________________________________________________________________________。

(2)将燃煤废气中的CO2转化为甲醚的反应原理为：
2CO2(g)＋6H2(g)CH3OCH3(g)＋3H2O(g)
已知在压强为a MPa下，该反应在不同温度、不同投料比时，CO2的转化率见下图：
①若温度升高，则反应的平衡常数K将________(填“增大”、“减小”或“不变”，下同)；若温度不变，提高投料比[n(H2)/n(CO2)]，则K将________；该反应ΔH______0(填“>”、“<”或“＝”)。

②若用甲醚作为燃料电池的原料，请写出在碱性介质中电池负极的电极反应式：________________________________________________________________________。

③在a MPa和一定温度下，将6 mol H2和2 mol CO2在2 L密闭容器中混合，当该反应达到平衡时，测得平衡混合气中CH3OCH3的体积分数约为16.7%(即1/6)，此时CO2的转化率是多少？(写出计算过程，计算结果保留2位有效数字)
3．(2012年广东质检)2SO2(g)＋O2(g)===2SO3(g)反应过程的能量变化如下图所示。

已知1 mol SO2(g)氧化为1 mol SO3的ΔH＝－99 kJ·mol－1。

请回答下列问题：
(1)图中A、C分别表示____________、______________。

(2)E的大小对该反应的反应热________(填“有”或“无”)影响。

该反应通常用V2O5作催化剂，加V2O5会使图中B点升高还是降低？__________，理由是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

(3)图中ΔH＝____________ kJ·mol－1。

(4)V2O5的催化循环机理可能为V2O5氧化SO2时，自身被还原为四价钒化合物，四价钒化合物再被氧气氧化。

写出该催化循环机理的化学方程式：________________________________________________________________________。

(5)如果反应速率v(SO2)为0.05 mol·L－1·min－1，则v(O2)＝________mol·L－1·min－1、v(SO3)＝________ mol·L－1·min－1。

(6)已知单质硫的燃烧热为296 kJ·mol－1，计算由S(s)生成 3 mol SO3(g)的ΔH＝______________。

4．(2012年天津)金属钨用途广泛，主要用于制造硬质或耐高温的合金，以及灯泡的灯丝。

高温下，在密闭容器中用H2还原WO3可得到金属钨，其总反应为：
WO3(s)＋3H2(g)W(s)＋3H2O(g)
请回答下列问题：
(1)上述反应的化学平衡常数表达式为____________。

(2)某温度下反应达平衡时，H2与水蒸气的体积比为2∶3，则H2的平衡转化率为__________；随温度的升高，H2与水蒸气的体积比减小，则该反应为__________反应(填“吸热”或“放热”)。

(3)上述总反应过程大致分为三个阶段，各阶段主要成分与温度的关系如下表所示：
温度/℃25 ～550 ～600 ～700
主要成分WO3W2O5WO2W
第一阶段反应的化学方程式为：________________________________________；580 ℃时，固体物质的主要成分为________；假设WO3完全转化为W，则三个阶段消耗H2的物质的量之比为__________。

(4)已知：温度过高时，WO2(s)转变为WO2(g)；
WO2(s)＋2H2(g)W(s)＋2H2O(g)ΔH＝＋66.0 kJ·mol－1
WO2(g)＋2H2(g)W(s)＋2H2O(g)ΔH＝－137.9 kJ·mol－1
则WO2(s)WO2(g)的ΔH＝____________。

(5)钨丝灯管中的W在使用过程中缓慢挥发，使灯丝变细，加入I2可延长灯管的使用寿命，其工作原理为W(s)＋2I2(g)WI4(g)。

下列说法正确的有________________________________________________________________________。

a．灯管内的I2可循环使用
b．WI4在灯丝上分解，产生的W又沉积在灯丝上
c．WI4在灯管壁上分解，使灯管的寿命延长
d．温度升高时，WI4的分解速率加快，W和I2的化合速率减慢
5．(2012年广东潮州模拟)下图是工业生产硝酸铵的流程。

(1)吸收塔C中通入空气的目的是__________________________ 。

A、B、C、D四个容器中的反应，属于氧化还原反应的是__________(填字母)。

(2)已知：4NH3(g)＋3O2(g)===2N2(g)＋6H2O(g)ΔH＝－1266.8 kJ/mol
N2(g)＋O2(g)===2NO(g)ΔH＝＋180.5 kJ/mol
写出氨高温催化氧化的热化学方程式：__________________________________，氨催化氧化反应的化学平衡常数表达式K＝____________________。

(3)已知：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＝－92 kJ/mol。

为提高氢气的转化率，宜采取的措施有________________________________________________________________________ (填字母)。

A．升高温度
B．使用催化剂
C．增大压强
D．循环利用和不断补充氮气
E．及时分离出氨
(4)在一定温度和压强下，将H2和N2按3∶1(体积比)在密闭容器中混合，当该反应达到平衡时，测得平衡混合气中NH3的气体体积分数为17.6%，求此时H2的转化率？(要有完整的计算过程，结果保留三位有效数字)
6．研究NO2、SO2、CO等大气污染气体的处理具有重要意义。

(1)利用反应：6NO2＋8NH37N2＋12H2O 可以处理硝酸工业中产生的NO2 ，消除尾气污染。

上述反应中，每转移 1.2 mol电子时，消耗的NO2在标准状况下的体积是________L。

(2)已知：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)ΔH＝－196.6 kJ·mol－1
2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)ΔH＝－113.0 kJ·mol－1
则反应NO2(g)＋SO2(g)SO3(g)＋NO(g) 的ΔH＝__________kJ·mol－1。

一定条件下，将NO2与SO2以体积比1∶2置于密闭容器中发生上述反应，下列能说明该反应已达到平衡状态的是________(填字母)。

a．体系压强保持不变
b．混合气体颜色保持不变
c．SO3和NO的体积比保持不变
d．每消耗1 mol NO2的同时生成1 mol SO3
当测得上述反应平衡时NO2与SO2体积比为1∶6, 则平衡常数K＝________________。

(3)CO可用于合成甲醇，反应方程式为：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)。

CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如下图所示。

该反应的ΔH____0(填“>”或“<”)。

实际生产条件控制在250 ℃、 1.3×104kPa左右，选择此条件的理由是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

7．自然界里氮的固定途径之一是在闪电的作用下，N2与O2反应生成NO。

(1)在不同温度下，反应N2(g)＋O2(g)2NO(g)ΔH＝a kJ·mol－1的平衡常数K如下表：
温度/℃1538 1760 2404
平衡常数K0.86×10－4 2.6×10－464×10－4
①该反应的
②其他条件相同时，在上述三个温度下分别发生该反应。

1538 ℃时，N2的转化率随时间变化如下图所示，请补充完成1760 ℃时N2的转化率随时间变化的示意图。

(2)2404 ℃时，在容积为1.0 L 的密闭容器中通入2.6 mol N 2和2.6 mol O 2，计算反应N 2(g)
＋O 2(g) 2NO(g)达到平衡时NO 的浓度。

(此温度下不考虑O 2与NO 的反应，计算结果保留两位有效数字)
(3)科学家一直致力于研究常温、常压下“人工固氮”的新方法。

曾有报道，在常温、常压、光照条件下，N 2在催化剂(掺有少量Fe 2O 3的TiO 2)表面与水发生反应，生成的主要产物为NH 3。

相应的热化学方程式如下：
2N 2(g)＋6H 2O(l)===4NH 3(g)＋3O 2(g) ΔH ＝＋1530 kJ·mol －1
则氨催化氧化反应4NH 3(g)＋5O 2(g)===4NO(g)＋6H 2O(l) 的反应热ΔH ＝______________(用含a 的代数式表示)。

(4)最近一些科学家研究采用高质子导电性的SCY 陶瓷(能传递H ＋)实现氮的固定——氨
的电解法合成，大大提高了氮气和氢气的转化率。

总反应式为：N 2＋3H 2=====通电
(一定条件)2NH 3，则在电解法合成氨的过程中，应将H 2不断地通入____(填“正”、“负”、 “阴” 或“阳”)极；在另一电极通入N 2，该电极反应式为：____________________。

8．科学家利用太阳能分解水生成的氢气在催化剂作用下与二氧化碳反应生成甲醇，并开发出直接以甲醇为燃料的燃料电池。

已知H 2(g)、CO(g)和CH 3OH(l)的燃烧热ΔH 分别为－
285.8 kJ·mol －1、－283.0 kJ·mol －1和－726.5 kJ·mol －1。

请回答下列问题：
(1)用太阳能分解10 mol 水消耗的能量是________________________________________________________________________kJ 。

(2)甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式为：________________________________________________________________________。

(3)在容积为2 L 的密闭容器中，由CO 2和H 2合成甲醇，在其他条件不变的情况下，考查温度对反应的影响，实验结果如下图所示(注：T 1、T 2均大于300 ℃)。

下列说法正确的是__________(填序号)。

①温度为T 1时，从反应开始到反应达到平衡，生成甲醇的平均速率为v (CH 3OH)＝n A t A
mol·L －1·min －1
②该反应在T 1时的平衡常数比T 2时的小
③该反应为放热反应
④处于A 点的反应体系的温度从T 1变到T 2，达到平衡时，n (H 2)n (CH 3OH )
增大 (4)在T 1温度时，将1 mol CO 2和3 mol H 2充入一密闭恒容容器中，充分反应达到平衡后，若CO 2的转化率为α，则容器内的压强与起始压强之比为__________。

(5)在直接以甲醇为燃料的燃料电池中，电解质溶液呈酸性，负极的电极反应式为：________________________________________________________________________；
正极的电极反应式为：_________________________________________________。

理想状态下，该燃料电池消耗1 mol甲醇所产生的最大电能为702.1 kJ，则该燃料电池的理论效率为__________(燃料电池的理论效率是指电池所产生的最大电能与燃料电池反应所能释放的全部能量之比)。

1．(1)B
(2)ΔH 1＋ΔH 2＝－103.7 kJ·mol －1
(3)55 反应体系中各物质的浓度(或某物质的物质的量，或容器内的压强，或容器内气体的密度等)
(4)二
(5)＞
解析：(1)合成尿素的反应是放热反应，是有气体参与的反应，所以采用低温和高压都有
利于提高尿素的产率，但是水是纯液体，对尿素的产率没有影响。

(3)决定化学反应速率快慢的步骤也叫决速步，从图像可以看出生成氨基甲酸铵的步骤进行得比较快。

同时由第(5)小题也可以验证，温度越高，平衡常数越大，说明该反应是吸热反应，由盖斯定律，说明ΔH 1 <0，ΔH 2>0，也说明第二步是反应的决速步。

(5)作图的时候，要注意升高温度，正逆反应速率都增大，对于吸热反应，正反应速率增大的幅度更大，平衡向正方向移动。

2．(1)CH 4(g)＋2NO 2(g)===N 2(g)＋CO 2(g)＋2H 2O(g)
ΔH ＝－867 kJ·mol －1
(2)①减小 不变 <
②CH 3OCH 3 －12e －＋16OH －===2CO 2－3＋11H 2O
③设平衡时CO 2的转化率为x 。

2CO 2(g)＋6H 2(g) CH 3OCH 3(g)＋3H 2O(g) c (开始)(mol/L )
1 3 0 0 c (转化)(mol/L )
x 3x x /2 3x /2 c (平衡)(mol/L )
(1－x ) (3－3x ) x /2 3x /2 0.5x (1－x ＋3－3x ＋0.5x ＋1.5x )
×100%＝16.7% 解得：x ＝0.80
即CO 2的转化率为80%。

解析：(1)由盖斯定律，两式相加就得到CH 4(g)将NO 2(g)还原为N 2(g)等的热化学方程式。

(2)由图像可以看出，温度升高，CO 2的转化率降低，说明K 将减小，该反应为放热反应。

对特定的化学反应而言，化学平衡常数只是温度的函数，温度不变，平衡常数不变。

写二甲醚
在碱性条件下发生原电池反应的反应式，注意电解液为碱性，生成的是CO 2－3。

转化率的计算直接利用化学平衡的三段式列式计算即可。

3．(1)反应物总能量 生成物总能量
(2)无 降低 催化剂改变了化学反应的历程，使活化能E 降低
(3)－198
(4)SO 2＋V 2O 5===SO 3＋2VO 2、4VO 2＋5O 2===2V 2O 5
(5)0.025 0.05
(6)－1185 kJ·mol －1
4．(1)K ＝c 3(H 2O )c 3(H 2)
(2)60% 吸热
(3)2WO 3＋H 2W 2O 5＋H 2O W 2O 5、WO 2 1∶1∶4
(4)＋203.9 kJ·mol －1
(5)ab
解析：(1)根据反应方程注意的是WO 3和W 都是固体，不写入平衡常数表达式中。

(2)达到平衡时H 2与水蒸气的体积比2∶3，设消耗的H 2体积为3，则H 2的平衡转化率为3/(2＋3)＝60%。

温度升高，H 2与水蒸气的体积比减小说明平衡向右移动，正反应为吸热反应。

(3)第一阶段的化学方程式为2WO 3＋H 2W 2O 5＋H 2O ，第二阶段的化学方程式为W 2O 5＋H 22WO 2＋H 2O ，第三阶段的化学方程式为WO 2＋2H 2W ＋2H 2O ，所以三个阶段消耗H 2的物质的量之比为1∶1∶4。

5．(1)使NO 全部转化成HNO 3(或提供O 2氧化NO) ABC
(2)4NH 3(g)＋5O 2(g)===4NO(g)＋6H 2O(g) ΔH ＝－905.8 kJ/mol c 4(NO )·c 6(H 2O )c 4(NH 3)·c 5(O 2)
(3)CDE
(4)解：设开始时H 2的物质的量为3 mol ，平衡时变化量为x mol 。

3H 2 (g)＋N 2 (g) 2NH 3(g)
起始浓度/mol·L －1 3 1 0
变化浓度/mol·L －1 x 13x 23x 平衡浓度/mol·L －1 (3－x ) ⎝⎛⎭⎫1－13x 23
x 则平衡时NH 3的体积分数＝23x mol 4 mol －23
x mol ×100%＝17.6% 解得：x ＝0.9 mol
H 2转化率＝0.9 mol 3 mol
×100%＝30.0% 6．(1)6.72
(2)－41.8 b 8/3(或2.67)
(3)< 在250 ℃、1.3×104 kPa 下，CO 的转化率已经很高，再增大压强对CO 的转化率提高不大，而生产成本却会显著增加
7．(1)①> ②如图
(2)设NO 的平衡浓度为x 。

N 2(g) ＋ O 2(g) 2NO(g)
起始浓度
(mol·L －1)
2.6 2.6 0 平衡浓度
(mol·L －1)
(2.6－x /2) (2.6－x /2) x K ＝c 2(NO )c (N 2)·c (O 2)＝x 2(2.6－x /2)
2＝64×10－4 解得：x ＝0.20 mol·L －1
(3)－(1530－2a ) kJ·mol －1
(4)阳 N 2＋6H ＋＋6e －===2NH 3
解析：(1)由平衡常数与温度的关系可知，温度越高，平衡常数越大，说明正反应是吸热反应，ΔH >0。

作图时注意两点：一是1760 ℃达到平衡所需的时间比1538 ℃更短；二是1760 ℃时N 2的平衡转化率比1538 ℃更高。

(3)直接利用盖斯定律，注意ΔH 的取号。

(4)题目给的信息是电解合成氨，所以氢气通入阳极，氮气通入阴极，在阴极发生还原反应。