非選擇題專項訓練三化學反應原理1.(2017全國)丁烯是一種重要的化工原料,可由丁烷催化脫氫制備?；卮鹣铝袉栴}:(1)正丁烷(C4H10)脫氫制1-丁烯(C4H8)的熱化學方程式如下:C4H10(g)C4H8(g)+H2(g)H1已知:C4H10(g)+ O2(g)C4H8(g)+H2O(g)H2=-119 kJmol-1H2(g)+ O2(g)H2O(g)H3=-242 kJmol-1反應的H1為 kJmol-1。圖(a)是反應平衡轉(zhuǎn)化率與反應溫度及壓強的關系圖,x0.1(填“大于”或“小于”);欲使丁烯的平衡產(chǎn)率提高,應采取的措施是(填標號)。A.升高溫度B.降低溫度C.增大壓強D.降低壓強圖(a)圖(b)圖(c)(2)丁烷和氫氣的混合氣體以一定流速通過填充有催化劑的反應器(氫氣的作用是活化催化劑),出口氣中含有丁烯、丁烷、氫氣等。圖(b)為丁烯產(chǎn)率與進料氣中n(氫氣)/n(丁烷)的關系。圖中曲線呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢,其降低的原因是。(3)圖(c)為反應產(chǎn)率和反應溫度的關系曲線,副產(chǎn)物主要是高溫裂解生成的短碳鏈烴類化合物。丁烯產(chǎn)率在590 之前隨溫度升高而增大的原因可能是、;590 之后,丁烯產(chǎn)率快速降低的主要原因可能是。2.(2018天津理綜,節(jié)選)CO2是一種廉價的碳資源,其綜合利用具有重要意義。回答下列問題:(1)CO2可以被NaOH溶液捕獲。若所得溶液pH=13,CO2主要轉(zhuǎn)化為(寫離子符號);若所得溶液c(HCO3-)c(CO32-)=21,溶液pH=。(室溫下,H2CO3的K1=410-7;K2=510-11)(2)CO2與CH4經(jīng)催化重整,制得合成氣:CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)已知上述反應中相關的化學鍵鍵能數(shù)據(jù)如下:化學鍵CHCOHHCO(CO)鍵能/(kJmol-1)4137454361 075則該反應的H=。分別在V L恒溫密閉容器A(恒容)和B(恒壓、容積可變)中,加入CH4和CO2各1 mol的混合氣體。兩容器中反應達平衡后放出或吸收的熱量較多的是(填“A”或“B”)。按一定體積比加入CH4和CO2,在恒壓下發(fā)生反應,溫度對CO和H2產(chǎn)率的影響如圖所示。此反應優(yōu)選溫度為900 的原因是。3.甲醇是一種重要的化工原料,在生產(chǎn)中有著重要的應用。工業(yè)上用甲烷氧化法合成甲醇的反應有:()CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)H1=+247.3 kJmol-1()CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)H2=-90.1 kJmol-1()2CO(g)+O2(g)2CO2(g)H3=-566.0 kJmol-1回答下列問題:(1)鎳合金是反應()的重要催化劑。工業(yè)上鎳的制備工藝流程包括:硫化鎳(NiS)制粒后在1 100 的溫度下焙燒產(chǎn)生氧化鎳;采用煉鋼用的電弧爐,用石油焦(主要成分為碳)作還原劑,在1 6001 700 的溫度下還原氧化鎳生成金屬鎳熔體。寫出這兩步反應的化學方程式:。(2)用CH4和O2直接制備甲醇的熱化學方程式為。根據(jù)化學反應原理,分析反應()對CH4轉(zhuǎn)化率的影響是。(3)某溫度下,向4 L密閉容器中通入6 mol CO2和6 mol CH4,發(fā)生反應(),平衡體系中各組分的體積分數(shù)均為,則此溫度下該反應的平衡常數(shù)K=,CH4的轉(zhuǎn)化率為。(4)工業(yè)上可通過甲醇羰基化法制取甲酸甲酯,反應方程式為:CH3OH(g)+CO(g)HCOOCH3(g)H=-29.1 kJmol-1?？蒲腥藛T對該反應進行了研究,部分研究結(jié)果如下:壓強對甲醇轉(zhuǎn)化率的影響壓強一定時溫度對反應速率的影響從壓強對甲醇轉(zhuǎn)化率的影響“效率”看,工業(yè)制取甲酸甲酯應選擇的壓強是。實際工業(yè)生產(chǎn)中采用的溫度是80 ,其理由是。(5)直接甲醇燃料電池(簡稱DMFC)由于結(jié)構(gòu)簡單、能量轉(zhuǎn)化率高、對環(huán)境無污染,可作為常規(guī)能源的替代品而越來越受到關注。DMFC的工作原理如圖所示:通入a氣體的電極是原電池的(填“正”或“負”)極,其電極反應式為。常溫下,用此電池電解(惰性電極)0.5 L飽和食鹽水(足量),若兩極共生成標準狀況下的氣體1.12 L,則溶液的pH為。4.(2016天津理綜)氫能是發(fā)展中的新能源,它的利用包括氫的制備、儲存和應用三個環(huán)節(jié)?；卮鹣铝袉栴}:(1)與汽油相比,氫氣作為燃料的優(yōu)點是(至少答出兩點)。但是氫氣直接燃燒的能量轉(zhuǎn)換率遠低于燃料電池,寫出堿性氫氧燃料電池的負極反應式:。(2)氫氣可用于制備H2O2。已知:H2(g)+A(l)B(l)H1O2(g)+B(l)A(l)+H2O2(l)H2其中A、B為有機物,兩反應均為自發(fā)反應,則H2(g)+O2(g)H2O2(l)的H0(填“>”“<”或“=”)。(3)在恒溫恒容的密閉容器中,某儲氫反應:MHx(s)+yH2(g)MHx+2y(s)H<0達到化學平衡。下列有關敘述正確的是。a.容器內(nèi)氣體壓強保持不變b.吸收y mol H2只需1 mol MHxc.若降溫,該反應的平衡常數(shù)增大d.若向容器內(nèi)通入少量氫氣,則v(放氫)>v(吸氫)(4)利用太陽能直接分解水制氫,是最具吸引力的制氫途徑,其能量轉(zhuǎn)化形式為。(5)化工生產(chǎn)的副產(chǎn)氫也是氫氣的來源。電解法制取有廣泛用途的Na2FeO4,同時獲得氫氣:Fe+2H2O+2OH-FeO42-+3H2。工作原理如圖1所示。裝置通電后,鐵電極附近生成紫紅色FeO42-,鎳電極有氣泡產(chǎn)生。若氫氧化鈉溶液濃度過高,鐵電極區(qū)會產(chǎn)生紅褐色物質(zhì)。已知:Na2FeO4只在強堿性條件下穩(wěn)定,易被H2還原。圖1圖2電解一段時間后,c(OH-)降低的區(qū)域在(填“陰極室”或“陽極室”)。電解過程中,須將陰極產(chǎn)生的氣體及時排出,其原因為。c(Na2FeO4)隨初始c(NaOH)的變化如圖2。任選M、N兩點中的一點,分析c(Na2FeO4)低于最高值的原因:。參考答案非選擇題專項訓練三化學反應原理1.答案 (1)+123小于AD(2)原料中過量H2會使反應平衡逆向移動,所以丁烯產(chǎn)率下降(3)590 前升高溫度,反應平衡正向移動升高溫度時,反應速率加快,單位時間產(chǎn)生更多丁烯更高溫度導致C4H10裂解生成更多的短碳鏈烴,故丁烯產(chǎn)率快速降低解析 (1)根據(jù)蓋斯定律,式-式可得式,因此H1=H2-H3=-119 kJmol-1+242 kJmol-1=+123 kJmol-1。由圖(a)可以看出,溫度相同時,由0.1 MPa 變化到x MPa,丁烷的轉(zhuǎn)化率增大,即平衡正向移動,由于反應是氣體物質(zhì)的量增大的反應,壓強越小平衡轉(zhuǎn)化率越大,所以x的壓強更小,x<0.1。由于反應為吸熱反應,所以溫度升高時,平衡正向移動,丁烯的平衡產(chǎn)率增大,因此A正確,B錯誤。由于反應是氣體物質(zhì)的量增大的反應,加壓時平衡逆向移動,丁烯的平衡產(chǎn)率減小,因此C錯誤,D正確。(2)H2是反應的產(chǎn)物,增大n(氫氣)n(丁烷)會促使平衡逆向移動,從而降低丁烯的產(chǎn)率。(3)590 之前,隨溫度升高,反應速率增大,反應是吸熱反應,升高溫度平衡正向移動,生成的丁烯會更多。溫度超過590 ,更多的丁烷裂解生成短鏈烴類,導致丁烯產(chǎn)率快速降低。2.答案 (1)CO32-10(2)+120 kJmol-1B900 時,合成氣產(chǎn)率已經(jīng)較高,再升高溫度產(chǎn)率增幅不大,但能耗升高,經(jīng)濟效益降低解析 (1)CO2可以被NaOH溶液捕獲。若所得溶液pH=13,堿性較強,可知CO2主要轉(zhuǎn)化為CO32-;若所得溶液c(HCO3-)c(CO32-)=21,此時K2=c(CO32-)c(H+)c(HCO3-)=c(H+)2,則c(H+)=1.010-10 molL-1,溶液的pH=10。(2)H=4413 kJmol-1+2745 kJmol-1-21 075 kJmol-1-2436 kJmol-1=+120 kJmol-1;該反應的正反應是氣態(tài)分子數(shù)增大的吸熱反應,A與B相比,B中壓強較小,反應向右進行的程度較大,達平衡后吸收熱量較多。根據(jù)題圖可知,900 時,合成氣產(chǎn)率已經(jīng)較高,再升高溫度產(chǎn)率增幅不大,但能耗升高,經(jīng)濟效益降低。3.答案 (1)2NiS+3O22NiO+2SO2,2NiO+C2Ni+CO2或NiO+CNi+CO(2)2CH4(g)+O2(g)2CH3OH(g)H=-251.6 kJmol-1消耗CO和H2,使反應()平衡右移,CH4轉(zhuǎn)化率增大(3)133.3%(4)3.51064.0106 Pa(或4.0106 Pa左右)高于80 時,溫度對反應速率的影響較小,且該反應是放熱反應,升高溫度平衡向逆反應方向移動,轉(zhuǎn)化率降低(5)負CH3OH+H2O-6e-CO2+6H+13解析 (1)根據(jù)信息可寫出化學方程式。(2)由()2+()2+()可得:2CH4(g)+O2(g)2CH3OH(g)H=-251.6 kJmol-1;反應()中消耗CO和H2,使反應()中生成物濃度減小,導致平衡右移,故CH4轉(zhuǎn)化率增大。(3)設反應的CH4的物質(zhì)的量為x,則平衡時CH4、CO2、CO、H2的物質(zhì)的量分別為6 mol-x、6 mol-x、2x、2x,故有6 mol-x=2x,x=2 mol,因此平衡時各物質(zhì)的物質(zhì)的量濃度均為1 molL-1,K=1,CH4的轉(zhuǎn)化率為26=13。(4)改變壓強無論是從對化學反應速率還是對化學平衡的影響來說對生產(chǎn)都是有利的,但考慮到加壓的“效率”,應選擇圖表中斜率較大的區(qū)域?qū)膲簭?即3.51064.0106 Pa,在該區(qū)域內(nèi),增大單位壓強,甲醇的轉(zhuǎn)化率改變最大,即加壓“效率”最高。如果學生從經(jīng)濟“效率”考慮,認為選取4.0106 Pa左右的壓強范圍耗能較少且轉(zhuǎn)化率較高,也是可行的。根據(jù)壓強一定時,溫度對反應速率的影響可知,溫度高于80 時,升溫對反應速率的影響較小;另外該反應是放熱反應,升高溫度平衡向逆反應方向移動,轉(zhuǎn)化率降低,所以實際工業(yè)生產(chǎn)中采用的溫度是80 。(5)根據(jù)圖中電子的流向可知a為負極,負極CH3OH失電子生成H+和CO2,根據(jù)電子得失守恒和原子守恒可寫出電極反應式:CH3OH+H2O-6e-CO2+6H+。根據(jù)電解方程式:2NaCl+2H2O2NaOH+H2+Cl2可知,n(NaOH)=n(氣)=1.12 L22.4 Lmol-1=0.05 mol,故c(OH-)=0.05mol0.5 L=0.1 molL-1,c(H+)=110-140.1 molL-1=10-13 molL-1,pH=13。4.答案 (1)污染小、可再生、來源廣、資源豐富、燃燒熱值高(任寫其中2個)H2+2OH-2e-2H2O(2)<(3)ac(4)光能轉(zhuǎn)化為化學能(5)陽極室防止Na2FeO4與H2反應使產(chǎn)率降低M點:c(OH-)低,Na2FeO4穩(wěn)定性差,且反應慢;N點:c(OH-)過高,鐵電極上有Fe(OH)3(或Fe2O3)生成,使Na2FeO4產(chǎn)率降低解析 (1)堿性條件下,H2轉(zhuǎn)化為H2O,不能生成H+,電極反應式為H2+2OH-2e-2H2O。(2)H2(g)+A(l)B(l)H1O2(g)+B(l)A(l)+H2O2(l)H2將+得:H2(g)+O2(g)H2O2(l)H=H1+H2兩反應均能自發(fā)進行,說明H-TS<0,反應中S<0,可判斷H1<0,H2<0,則H<0。(3)該反應正向移動屬于氣體的物質(zhì)的量減小的放熱反應。a項,氣體壓強不變,表明氣體物質(zhì)的量不變,達到平衡,正確;b項,該反應為可逆反應,吸收y mol H2,則需MHx大于1 mol,錯誤;c項,該反應是放熱反應,降溫,平衡向正反應方向移動,平衡常數(shù)增大,正確;d項,通入H2相當于加壓,平衡正向移動,v(放氫)<v(吸氫),錯誤。(5)根據(jù)題意鎳電極有氣泡產(chǎn)生是氫離子放電生成氫氣,電極反應式為2H+2e-H2,鐵電極發(fā)生氧化反應,電極反應式為Fe+8OH-6e-FeO42-+4H2O。溶液中的氫氧根離子減少,因此電解一段時間后,c(OH-)降低的區(qū)域在陽極室;根據(jù)題意Na2FeO4易被H2還原,電解過程中,須將陰極產(chǎn)生的氣體及時排出,防止Na2FeO4與H2反應使產(chǎn)率降低;根據(jù)題意Na2FeO4只在強堿性條件下穩(wěn)定,在M點,c(OH-)低,Na2FeO4穩(wěn)定性差,且反應慢;在N點,c(OH-)過高,鐵電極上有紅褐色氫氧化鐵生成,使Na2FeO4產(chǎn)率降低。