高考化学二轮复习(新高考版) 第3部分 高考题型练 非选择题规范练(一) 基本概念、基本理论综合应用（含解析）

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非选择题规范练(一)　基本概念、基本理论综合应用
1．为应对石油短缺，一碳化学研究备受关注。一碳化学是指以分子中只含一个碳原子的化合物如甲醇、一氧化碳等为原料，制造产品的化学体系的总称。
(1)CH3OH(g)和NH3(g)在一定条件下反应可制得甲胺CH3NH2(g)。
CH3OH(g)＋NH3(g)CH3NH2(g)＋H2O(g)
ΔH＝－12 kJ·mol－1
①已知该反应中相关的化学键键能数据如下：
共价键
C—O
N—H
C—N
C—H
E/(kJ·mol－1)
a
b
c
d

则H—O键的键能为________kJ·mol－1(用含有字母的代数式表示)。
②在某恒容密闭容器中进行该反应，其他条件不变的情况下，分别测得起始时CH3OH(g)的物质的量和温度对平衡时CH3NH2(g)的体积分数的影响，如图所示(图中T1、T2表示温度)：

则T1________T2(填“＞”“＜”或“＝”)；________(填“a”“b”或“c”)点对应的平衡状态中反应物NH3(g)的转化率最大。b、d两点的平衡常数大小关系为Kb________Kd(填“＞”“＜”或“＝”)。
(2)甲醇在工业上可利用水煤气来合成：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)　ΔH<0。将1 mol CO和2 mol H2通入密闭容器中进行反应，在一定温度和压强下达到平衡时甲醇的体积分数φ (CH3OH)变化趋势如图所示：

图中Y轴表示的外界条件为________，判断的理由是__________________________________
_______________________________________________________________________________。
已知v正＝k正·p(CO)·p2(H2)，v逆＝k逆·p(CH3OH)，其中k正、k逆分别为正、逆反应速率常数，p为各组分的分压。在M点所处的温度(T3℃)和压强(p0kPa)下，反应在20 min达到平衡时φ (CH3OH)＝10%，该温度下反应的平常数KP＝________kPa－2(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)。若在15 min时＝3.27p kPa2，此时_______(计算结果保留两位小数)。
答案　(1)①12＋a＋b－c　②＞　c　＞　(2)温度　反应为放热反应，升高温度，可使平衡向逆反应方向移动，使φ(CH3OH)减小　　3.03
解析　(1)①根据反应CH3OH(g)＋NH3(g)CH3NH2(g)＋H2O(g)断裂了碳氧键、氮氢键，形成了碳氮键和氧氢键，设H—O键的键能为x，断键吸收的能量为(a＋b) kJ·mol－1，成键释放的能量为(c＋x)kJ·mol－1，则ΔH＝－12 kJ·mol－1＝[(a＋b)－(c＋x)]kJ·mol－1，解得x＝12＋a＋b－c。
②当起始时CH3OH(g)的物质的量相同时，T1温度下平衡时CH3NH2(g)的体积分数小于T2温度下平衡时CH3NH2(g)的体积分数，因该反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，故T1＞T2；起始时CH3OH(g)的物质的量越大，平衡正移，NH3(g)的转化率越大，则c点NH3(g)的转化率最大；平衡常数仅与温度有关，因反应为放热反应，温度越大，平衡常数越小，故b的平衡常数大于d点的。
(2)该反应为放热反应，温度升高，平衡逆移，平衡时甲醇的体积分数减小，故Y轴表示的外界条件为温度；相同条件下，气体的体积分数等于气体的物质的量分数，设平衡时甲醇的物质的量为x mol，则反应生成甲醇为x mol，消耗CO x mol，消耗H2 2x mol，平衡时CO为(1－x)mol，H2为(2－2x)mol，＝0.1，解得x＝0.25，CO平衡分压为p0＝，H2平衡分压为p0＝，甲醇平衡分压为p0＝，则KP＝＝kPa－2＝kPa－2；因为v正＝k正·p(CO)·p2(H2)，v逆＝k逆·p(CH3OH)，当v正＝v逆时，＝＝kPa－2，则在15 min＝3.27p kPa2时，＝＝×3.27p≈3.03。
2．生产医用防护口罩的原料聚丙烯纤维属于有机高分子材料，其单体为丙烯。丙烯除了合成聚丙烯外，还广泛用于制备1,2­二氯丙烷、丙烯醛、丙烯酸等。请回答下列问题：
Ⅰ.工业上用丙烯加成法制备1,2­二氯丙烷，主要副产物为3­氯丙烯，反应原理为：
①CH2==CHCH3(g)＋Cl2(g)CH2ClCHClCH3(g)　ΔH1＝－134 kJ·mol－1
②CH2==CHCH3(g)＋Cl2(g)CH2==CHCH2Cl(g)＋HCl(g)　ΔH2＝－102 kJ·mol－1
(1)已知CH2==CHCH2Cl(g)＋HCl(g)CH2ClCHClCH3(g)的活化能Ea(逆)为164 kJ·mol－1，则该反应的Ea(正)活化能为________kJ·mol－1。
(2)一定温度下，向恒容密闭容器中充入等物质的量的CH2==CHCH3(g)和Cl2(g)，在催化剂作用下发生反应①②，容器内气体的压强随时间的变化如下表所示。
时间/min
0
60
120
180
240
300
360
压强/kPa
80
74.2
69.4
65.2
61.6
57.6
57.6

用单位时间内气体分压的变化来表示反应速率，即v＝，则反应①前180 min内平均反应速率v(CH2ClCHClCH3)＝__________kPa·min－1(保留小数点后2位)。
Ⅱ.丙烯的制备方法
方法一：丙烷无氧脱氢法制备丙烯反应如下：
C3H8(g)C3H6(g)＋H2(g)　ΔH＝＋124 kJ·mol－1
(3)①某温度下，在刚性容器中充入C3H8，起始压强为10 kPa，平衡时总压为14 kPa，C3H8的平衡转化率为_____________________________________________________________。
该反应的平衡常数Kp＝________kPa(保留小数点后2位)。
②总压分别为100 kPa、10 kPa时发生该反应，平衡体系中C3H8和C3H6的物质的量分数随温度变化关系如图所示：

10 kPa时，C3H8和C3H6的物质的量分数随温度变化关系的曲线分别是________、________。
方法二：丙烷氧化脱氢法制备丙烯还生成CO、CO2等副产物，制备丙烯的反应如下：
C3H8(g)＋O2(g)===C3H6(g)＋H2O(g) ΔH＝－118 kJ·mol－1。在催化剂作用下C3H8的转化率和C3H6的产率随温度变化关系如图所示。

(4)①图中C3H8的转化率随温度升高而上升的原因是___________________________。
②575 ℃时，C3H6的选择性为__________。(C3H6的选择性＝×100%)
③基于上述研究结果，能提高C3H6选择性的措施是___________________________。
答案　(1)132　(2)0.08　(3)①40%　2.67　②Z　Y　(4)①温度升高，反应速率增大(或温度升高，催化剂的活性增大)　②50%　③选择相对较低的温度(或选择更合适的催化剂)
解析　(1)反应CH2==CHCH2Cl(g)＋HCl(g)CH2ClCHClCH3(g)可由反应①－②得到，故该反应的ΔH＝ΔH1－ΔH2＝(－134＋102)kJ·mol－1＝－32 kJ·mol－1，
所以Ea(正)－Ea(逆)＝－32 kJ·mol－1，Ea(正)＝132 kJ·mol－1。
(2)由于反应②前后系数之和相等，故压强的变化均由反应①造成，180 min时压强变化Δp为(80－65.2)kPa＝14.8 kPa，所以v＝＝≈0.08 kPa·min－1。
(3)①设丙烷压强的变化为x，同温同容下压强之比等于物质的量之比，由题意可得
C3H8(g)C3H6(g)＋H2(g)
起始/kPa　　10 　　　 0　　　 0
变化/kPa　　x　　　　　x　　　 x
终止/kPa　　10－x　　　x　　　 x
反应后压强为(10－x＋x＋x) kPa＝14 kPa，解得x＝4 kPa，C3H8的转化率为×100%＝40%，Kp＝＝≈2.67 kPa。
②正反应吸热，升高温度，平衡正向移动，C3H8的物质的量分数减小，C3H6的物质的量分数增大；根据方程式，该反应为气体体积增大的反应，增大压强，C3H8 和C3H6的物质的量分数都增大，因此表示10 kPa时，C3H8的物质的量分数随温度变化关系的曲线是Z，表示10 kPa时C3H6的物质的量分数随温度变化关系的曲线是Y。
(4)①温度升高，反应速率加快，同时温度升高，催化剂的活性增大，因此C3H8的转化率随温度升高而上升。
②由图可知，575 ℃时， C3H8的转化率为34% ，C3H6的产率为17%，即参加反应的C3H8为34%，生成的C3H6为17% ，故C3H6的选择性为×100%＝50%。
③由图可知，温度低时C3H6的选择性高，故能提高C3H6选择性的措施是选择相对较低的温度，或者是寻找选择性更高的催化剂。
3．研究SO2、NOx等大气污染物的妥善处理具有重要意义。
(1)燃煤发电厂常利用反应2CaCO3(s)＋2SO2(g)＋O2(g)2CaSO4(s)＋2CO2(g)对煤进行脱硫处理。某温度下，测得反应在不同时间点各物质的浓度如下：
时间/min
浓度/mol·L－1
0
10
20
30
40
50
O2
1.00
0.78
0.60
0.60
0.64
0.64
CO2
0
0.44
0.80
0.80
0.88
0.88

①0～10 min内，平均反应速率v(SO2)＝________mol·L－1·min－1。
②30 min后，只改变某一条件，反应重新达到平衡。根据上表中的数据判断，改变的条件可能是________(填字母)。
A．移除部分CaSO4(s)
B．通入一定量的O2
C．加入合适的催化剂
D．适当缩小容器的体积
(2)利用活性炭吸附汽车尾气中的NO：C(s)＋2NO(g)N2(g)＋CO2(g)，实验测得，v正＝k正c2(NO)，v逆＝k逆c(N2)c(CO2)(k正、k逆为速率常数，只与温度有关)。在密闭容器中加入足量C(s)和一定量的NO气体，保持恒压测得NO的转化率随温度的变化如图所示：

①由图可知：该反应的ΔH________0(填“>”或“<”)；在1 050 K前反应中NO的转化率随温度升高而增大，其原因为________________________________________________。
②用某物质的平衡分压代替其物质的量浓度也可以表示化学平衡常数(记作Kp)。在1 050 K、1.1×106Pa时，计算该反应的化学平衡常数Kp＝________[已知：气体分压(p分)＝气体总压(p)×体积分数]。
③达到平衡后，仅升高温度，k正增大的倍数________(填“>”“<”或“＝”)k逆增大的倍数，1 100 K时，计算＝________。
答案　(1)①0.044　②BD　(2)①<　反应未达到平衡状态，温度的升高，反应速率加快，NO转化率增大　②4　③<　(或0.11)
解析　(1)①根据v＝，CO2的化学反应速率v(CO2)＝＝＝0.044 mol·L－1·min－1，根据方程式可知：物质反应的速率比等于化学方程式的化学计量数的比，所以v(SO2)＝v(CO2)＝0.044 mol·L－1·min－1。
②30 min后，氧气、二氧化碳的浓度都增大，可为加入氧气或适当缩小容器的体积等。
(2)①由图像可知，当温度高于1 050 K时，随着温度升高，NO的转化率降低，则平衡逆向移动，因此该反应的正反应为放热反应，即ΔH<0,1 050 kPa 前，反应b 中NO2转化率随着温度升高而增大是由于1 050 kPa前反应未达平衡状态，随着温度升高，反应速率加快，更多的反应物变为生成物，因此NO2转化率随温度的升高而增大。
(3)②由图像可知，在1 050 K、1.1×106Pa时，NO转化率80%，可列平衡三段式为：
C(s)＋2NO(g)N2(g)＋CO2(g)
起始/mol　　　　　　　　2　　　 0　　　0
转化/mol　　 　2×80%＝1.6 　　 0.8　　0.8
平衡/mol　　　　　　　　0.4　 　 0.8　　0.8
由于容器的容积不变，因此气体的物质的量的之比等于气体压强之比，可知平衡时p(NO)＝0.2p(总)，p(N2)＝0.4p(总)，p(CO2)＝0.4p(总)，则用平衡分压表示的化学平衡常数Kp＝＝4。
③正反应为放热反应，升高温度平衡向左移动，则正反应速率增大的倍数小于逆反应速率增大的倍数，浓度不变，故k正增大的倍数小于k逆增大的倍数，1 100 K时，NO的平衡转化率为40%，可列平衡三段式为：
C(s)＋2NO(g)  N2(g)＋CO2(g)
起始/mol　　　 　　　　2　　　　　　0　　 0
转化/mol 2×40%＝0.8 0.4 0.4
平衡/mol 1.2 0.4 0.4
则平衡常数K＝＝＝，当反应达到平衡时，v正＝v逆，
故＝＝K＝。
4．2019年12月4日“全球碳计划”发布报告说，全球CO2排放量增速趋缓。人们还需要更有力的政策来逐步淘汰化石燃料的使用。CO2的综合利用是解决温室问题的有效途径。
(1)一种途径是用CO2转化成为有机物实现碳循环。如：
C2H4(g)＋H2O(l)C2H5OH(l)
ΔH＝－44.2 kJ·mol－1
2CO2(g)＋2H2O(l) C2H4(g)＋3O2(g)
ΔH＝＋1 411.0 kJ·mol－1
已知2CO2(g)＋3H2O(l) C2H5OH(l)＋3O2(g)其正反应的活化能为EakJ·mol－1，则逆反应的活化能为________kJ·mol－1。乙烯与HCl加成生成的氯乙烷在碱性条件下水解也得到乙醇，反应的离子方程式为__________________________________________________________，v＝kcm(CH3CH2Cl)cn(OH－)为速率方程，研究表明，CH3CH2Cl浓度减半，反应速率减半，而OH－浓度减半对反应速率没有影响，则反应速率方程式为_________________________。
(2)利用工业废气中的CO2可以制取甲醇和水蒸气，一定条件下，往2 L恒容密闭容器中充入1 mol CO2和3 mol H2，在不同催化剂作用下发生反应Ⅰ、反应Ⅱ与反应Ⅲ，相同时间内CO2的转化率随温度变化如图所示：

①催化剂效果最佳的反应是________(填“反应Ⅰ”“反应Ⅱ”或“反应Ⅲ”)。
②b点v正________v逆(填“>”“<”或“＝”)。
③若此反应在a点时已达平衡状态，a点的转化率比c点高的原因是_______________。
④c点时该反应的平衡常数K＝________。
(3)中国科学家首次用CO2高效合成乙酸，其反应路径如图所示：

①原料中的CH3OH可通过电解法由CO2制取，用稀硫酸作电解质溶液，写出生成CH3OH的电极反应式________________________________________________________________。
②根据图示，写出总反应的化学方程式：________________________________________。
答案　(1)Ea－1 366.8　CH3CH2Cl(aq)＋OH－(aq)―→C2H5OH(aq)＋Cl－(aq)　v＝kc(CH3CH2Cl)　(2)①反应Ⅰ　②>　③该反应为放热反应，温度升高，平衡逆向移动　④　(3)①CO2＋6e－＋6H＋===CH3OH＋H2O　②CH3OH＋CO2＋H2CH3COOH＋H2O
解析　(1)反应①C2H4(g)＋H2O(l)C2H5OH(l)　ΔH1＝－44.2 kJ·mol－1；反应②2CO2(g)＋2H2O(l)C2H4(g)＋3O2(g)　ΔH2＝＋1 411.0 kJ·mol－1
应用盖斯定律，反应①＋反应②得到：2CO2(g)＋3H2O(l)C2H5OH(l)＋3O2(g)，则该反应的ΔH＝ΔH1＋ΔH2，故ΔH ＝－44.2 kJ·mol－1＋(＋1 411.0 kJ·mol－1)＝＋1 366.8 kJ·mol－1，因为ΔH＝正反应的活化能－逆反应的活化能，正反应的活化能为EakJ·mol－1，则逆反应的活化能为(Ea－1 366.8)kJ·mol－1；氯乙烷在碱性条件下水解得到乙醇和氯化钠，则反应的离子方程式为CH3CH2Cl(aq)＋OH－(aq)―→C2H5OH(aq)＋Cl－(aq)；该反应的速率方程为v＝kcm(CH3CH2Cl)cn(OH－)，研究表明，CH3CH2Cl浓度减半，反应速率减半，则可知m＝1，而OH－浓度减半对反应速率没有影响，则n＝0，故反应速率方程式为v＝kc(CH3CH2Cl)。
(2)一定条件下，密闭容器中发生的反应为CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)，①相同温度下相同时间内CO2转化率最高的是反应Ⅰ的图线，故最佳催化剂为反应Ⅰ。
②图线中b点未达到平衡状态，则v正 >v逆。
③若此反应在a点时已达平衡状态，则继续升温就会使平衡移动，故a点的转化率比c点高的原因为该反应为放热反应，温度升高，平衡逆向移动。
④该条件下，一开始往2 L恒容密闭容器中充入1 mol CO2和3 mol H2，由图知，c点时二氧化碳转化了，则
CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋ H2O(g)
起始/mol　1　　　　3　　　　　　0　　　　　0
转化/mol　1×　 3×　　　 1×　　　 1×
平衡/mol　　　　 1　　　　 　　　　
平衡时2 L容器内CO2(g)、H2(g)、CH3OH(g)、H2O(g)的浓度依次为 mol·L－1、 mol·L－1、 mol·L－1、 mol·L－1，则该反应的平衡常数K＝ ＝＝。
(3)①通过电解法由CO2制取CH3OH，碳元素化合价降低，故是二氧化碳得电子被还原的反应，故二氧化碳在阴极反应，则生成CH3OH的电极反应式为CO2＋6e－＋6H＋===CH3OH＋H2O；
②根据图示，CH3OH、CO2和H2在LiI、Rh*催化作用下生产CH3COOH和H2O，总反应的化学方程式为CH3OH＋CO2＋H2CH3COOH＋H2O。
5．二甲醚(CH3OCH3)是一种新型能源，被誉为“21世纪的清洁燃料”。
(1)用CO和H2合成二甲醚的反应为3H2(g)＋3CO(g)CH3OCH3(g)＋CO2(g)　ΔH。
几种物质的相对能量如下：
物质
H2(g)
CO(g)
CO2(g)
CH3OCH3(g)
相对能量/(kJ·mol－1)
285.8
283
0
1 453.0

ΔH＝________kJ·mol－1。改变下列“量”，一定会引起ΔH发生变化的是________(填字母，下同)。
A．反应物浓度　　B．催化剂　　C．化学计量数
(2)有利于提高反应中CH3OCH3产率的条件为____________________________。
A．高温低压 B．低温高压
C．高温高压 D．低温低压
(3)采用新型催化剂(主要成分是Cu­Mn的合金)制备二甲醚。催化剂中对合成二甲醚的影响情况如下图所示。

当＝2.0时，二甲醚的选择性(选择性＝×100%)为85.8%，此时二甲醚的产率为________。
(4)用二甲醚燃料电池电解法可将酸性含铬废水(主要含有Cr2O)转化为Cr3＋。原理如下图：

①燃料电池中的负极是________(填“M”或“N”)电极。电解池阴极的电极反应式为________________________________________________________________________。
②消耗6.9 g二甲醚时可处理Cr的含量为26.0 g·L－1的废水1 L，该套装置的能量利用率为________(保留3位有效数字)。
答案　(1)－253.4　C　(2)B　(3)61.8%　(4)①M　Cr2O＋6e－＋14H＋===2Cr3＋＋7H2O　②83.3%
解析　(1)用CO和H2合成二甲醚的反应为3H2(g)＋3CO(g)CH3OCH3(g)＋CO2(g)　ΔH＝生成物总能量－反应物总能量＝1 453.0 kJ·mo1－1－(3×285.8 kJ·mol－1＋3×283 kJ·mol－1)＝－253.4 kJ·mol－1;
改变反应物浓度，影响化学反应平衡移动，但不会影响ΔH ，故A不符合题意；催化剂只改变化学反应速率，不会影响ΔH，故B不符合题意；反应热与化学计量数成正比，所以改变化学计量数会影响ΔH，故 C符合题意。
(2)根据3H2(g)＋3CO(g)CH3OCH3(g)＋CO2(g)　ΔH＝－253.4 kJ·mol－1可知，降低温度，平衡正向移动，CH3OCH3产率升高；增大压强，平衡正向移动，CH3OCH3产率升高；所以有利于提高反应中CH3OCH3产率的条件为低温高压，故B正确。
(3)当＝2.0时，二甲醚的选择性(选择性＝×100%)为85.8%，由图可知CO的转化率为72%，此时二甲醚的产率为85.8%×72%≈61.8%。
(4)①由质子交换膜中氢离子移动方向可知，M为负极，N为正极；电解池中与正极相连的为阳极发生氧化反应，与负极相连的为阴极发生还原反应，所以阴极的电极反应式为：Cr2O＋6e－＋14H＋===2Cr3＋＋7H2O。
②n(CH3OCH3)＝＝0.15 mol，根据电子守恒：CH3OCH3 － 12e－＋3H2O===2CO2↑＋12H＋可知转移电子为0.15 mol×12＝1.8 mol，可以还原m(Cr)＝26.0 g·L－1×1 L＝26.0 g，根据Cr2O＋6e－＋14H＋===2Cr3＋＋7H2O可知转移的电子为×3＝1.5 mol，该套装置的能量利用率为×100%≈83.3%。