1、微专题十三 化学反应原理综合题型研究【知识网络】(本专题对应学生用书第7383页)【能力展示】能力展示1(2011新课标 卷)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CH3OH(l)的燃烧热 H分别为-285.8 kJmol-1、-283.0 kJmol-1和-726.5 kJmol-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
2、变的情况下，考察温度对反应的影响，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)。温度为T 1时，从反应开始到平衡，生成甲醇的平均速率为v(CH 3OH)= AntmolL-1min-1该反应在T 1时的平衡常数比 T2时的小该反应为放热反应处于A点的反应体系从T 1变到T 2，达到平衡时23(H)CnO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，则平衡时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电池中，电解质溶液为酸性，负极的反应式为 、 正极的反
3、应式为 。理想状态下，该燃料电池消耗1 mol甲醇所能产生的最大电能为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)。答案(1) 2 858(2) CH3OH(l)+O2(g) CO(g)+2H2O(l)H=-443.5 kJmol-1(3) (4) 1-2(5) 答案2CH 3OH+2H2O-12e- 2CO2+12H+3O2+12H+12e- 6H2O 96.6%解析(1) 由题所给信息可知：H2(g)+1O2(g) H2O(l)H=-285.8 kJmol-1 CO(g)+1O2(g) CO2(g)H=-28
4、3.0 kJmol-1 CH3OH(l)+ O2(g) CO2(g)+2H2O(l)H=-726.5 kJmol-1 由方程可知，H 2O(l) H2(g)+1O2(g) H=+285.8 kJmol -1，故分解10 mol水需要吸收2 858 kJ的能量。(2) -即可得到目标反应：CH 3OH(l)+O2(g) CO(g)+2H2O(l) H =-443.5 kJmol-1。(3) CO2和H 2合成甲醇的化学方程式为CO 2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)，由图像可知B点先达到平衡，因此温度T 2T1，温度高平衡时甲醇的物质的量反而低，说明正反应是放热反应，升高温度
5、平衡逆向移动，不利于甲醇的生成，平衡常数减小，即错、正确；温度为T 1时，从反应开始到平衡，生成甲醇的物质的量为n A mol，此时甲醇的物质的量浓度为 2AmolL-1，所以生成甲醇的平均速率为v(CH3OH)= 2AntmolL-1min-1，错；因为温度T 2T1，所以A 点的反应体系从T 1变到T 2时，平衡会逆向移动，即n(CH 3OH)减小而n(H 2)增大，正确。(4) CO 2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)起始/mol： 1 3 0 0转化/mol： 3 平衡/mol： 1- 3-3 所以平衡时压强与起始压强之比为(4-2) 4 =(2-) 2。(5) 在
6、甲醇燃料电池中，甲醇失去电子，氧气得到电子，所以负极的电极反应式为2CH3OH-12e-+2H2O 2CO2+12H+ ，正极的电极反应式为3O 2+12e-+12H+ 6H2O；甲醇的燃烧热是-726.5 kJmol -1，所以该燃料电池的理论效率为70.165100%=96.6%。2(2012新课标 卷). (26 题节选) 与MnO 2-Zn电池类似，K 2FeO4-Zn也可以组成碱性电池，K 2FeO4在电池中作为正极材料，其电极反应式为 ，该电池总反应的离子方程式为 。.(27题节选) 光气(COCl 2)在塑料、制革、制药等工业中有许多用途，工业上采用高温下将CO与Cl 2在活性炭
7、催化下合成。(1) 工业上利用天然气 (主要成分为CH 4)与CO 2进行高温重整制备CO ，已知CH 4、H 2和CO的燃烧热( H)分别为-890.3 kJmol -1、-285.8 kJmol -1和-283.0 kJmol -1，则生成1 m3(标准状况)CO所需热量为 。(2) COCl2的分解反应为COCl 2(g) Cl2(g)+CO(g) H=+108 kJmol-1。反应体系达到平衡后，各物质的浓度在不同条件下的变化如下图所示(第10 min到14 min的COCl 2浓度变化曲线未示出)。计算反应在第8 min时的平衡常数K= 。比较第2 min反应温度T(2)与第8 mi
8、n反应温度T(8)的高低：T(2) ( 填“”或“=”)T(8)。若12 min时反应于温度T(8)下重新达到平衡，此时 c(COCl2)= molL -1。比较产物CO在23 min、56 min和1213 min时平均反应速率平均反应速率分别以v(23)、v(56)、v (1213)表示 的大小： 。比较反应物COCl 2在56 min和1516 min时平均反应速率的大小：v(56) (填“”或“=”)v(1516) ，原因是 。答案. Fe2-4O+3e-+4H2O Fe(OH)3+5OH-2Fe2-4+8H2O+3Zn 2Fe(OH)3+3Zn(OH)2+4OH-. (1) 5.52
9、10 3 kJ(2) 0.234 v(23)=v(12-13) 在相同温度时，该反应的反应物浓度越高，反应速率越大解析. 正极发生得电子的还原反应，碱性条件下，Fe2-4O变成Fe(OH) 3，得到3个电子，根据电荷守恒，后面加5个OH -，依据H原子守恒，前面加4个H 2O，即可得到正极的电极反应式为Fe2-4O+3e-+4H2O Fe(OH)3+5OH- ；负极反应式为Zn-2e-+2OH- Zn(OH)2 ，根据得失电子守恒，2+3 即可得到电池总反应式。. (1) 根据燃烧热概念可以写出：CH 4(g)+2O2(g) CO2(g)+2H2O(l)H=-890.3 kJmol-1H 2(
10、g)+1O2(g) H2O(l)H=-285.8 kJmol-1 CO(g)+ O2(g) CO2(g)H=-283.0 kJmol-1-2- 2，即可得到目标反应：CH 4(g)+ CO2(g) 2CO(g)+2H2(g) H=+247.3 kJmol-1，生成1 m 3 CO所需热量为 -10L2.mol247.3 kJmol-115 520 kJ。(2) c(Cl 2)=0.11 molL-1、c(CO)=0.085 molL-1、c(COCl 2)=0.04 molL-1，代入K计算公式即可得到答案。第4 min时，Cl 2与CO的浓度均增大，再结合此反应正向吸热，故第4 min改变的
11、条件一定是升高温度，故T(2)v(1516)；应从影响反应速率的因素入手分析，由图像可知418 min温度相同，只能从浓度角度分析。3(2013新课标 卷)二甲醚(CH 3OCH3)是无色气体，可作为一种新型能源。由合成气(组成为 H2、CO和少量CO 2)直接制备二甲醚，其中主要过程包括下列四个反应：甲醇合成反应：CO(g)+2H 2(g) CH3OH(g)H1=-90.1 kJmol-1CO 2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)H2=-49.0 kJmol-1水煤气变换反应：CO(g)+H 2O(g) CO2(g)+H2(g)H3=-41.1 kJmol-1二甲醚合成反应
12、：2CH 3OH(g) CH3OCH3(g)+H2O(g) H4=-24.5 kJmol-1回答下列问题：(1) 分析二甲醚合成反应 对CO转化率的影响： 。(2) 由H 2和CO直接制备二甲醚(另一产物为水蒸气)的热化学方程式为 。根据化学反应原理，分析增加压强对直接制备二甲醚的反应的影响： 。(3) 有研究者在催化剂 (含Cu-Zn-Al-O 和Al 2O3)、压强在5.0 MPa条件下，由H 2和CO直接制备二甲醚，结果如下图所示。其中CO转化率随温度升高而降低的原因是 。(4) 二甲醚直接燃料电池具有启动快、效率高等优点，其能量密度高于甲醇直接燃料电池(5.93 kWhkg-1)。若电
13、解质为酸性，二甲醚直接燃料电池的负极反应为 。一个二甲醚分子经过电化学氧化，可以产生 个电子的电量，该电池理论输出电压为1.20 V，能量密度E= (列式计算，能量密度=电 池 输 出 电 能燃 料 质 量，1 kWh=3.610 6 J)。答案(1) 消耗甲醇，促进甲醇合成反应平衡向右移动，CO 转化率增大；生成的水通过水煤气变换反应消耗部分CO(2) 2CO(g)+4H2(g) CH3OCH3(g)+H2O H=-204.7 kJmol -1 该反应分子数减少，压强增加使平衡右移，CO和H 2转化率增大，CH 3OCH3产率增加；压强增加，反应速率加快(3) 反应放热，温度升高，平衡左移(
14、4) CH3OCH3-12e-+3H2O 2CO2+12H+ 12-1-10g1.2V9650Cmol46olk(3.6106 JkW-1h-1)=8.39 kWhkg-1解析(1) 消耗甲醇，促进甲醇合成反应平衡向右移动，CO 转化率增大；生成的水通过水煤气变换反应消耗部分CO。(2) 根据盖斯定律，2+即可得到目标反应：2CO(g)+4H 2(g) CH3OCH3(g)+H2O(g) H=-204.7 kJmol-1。根据化学反应原理，增加压强对直接制备二甲醚的反应的影响应该从对反应速率和平衡的影响两方面答题：该反应是气体体积减小的反应，增大压强，平衡正向移动，CH3OCH3产率增加；压强
15、增大，反应速率加快。(3) 对转化率的影响应该从平衡移动角度答题：该反应的正反应是放热反应，温度升高，平衡逆向移动。(4) 在酸性条件下，二甲醚直接燃料电池的负极反应是二甲醚失去电子，根据化合物化合价代数和为0的原则二甲醚中碳元素的化合价为-2价，CO 2中碳元素的化合价为+4 价，化合价升高了6，二甲醚分子中有两个碳原子，一个二甲醚分子失去12个电子；酸性电池，CH 3OCH3失去12e -变成CO 2，根据 O守恒，酸性介质中H 2O提供O，生成H +，配平即可。根据能量密度公式：E=-1-10g1.2V29650Cmol46olk(3.6106 JkW-1h-1)=8.39 kWhkg-
16、1。4(2014新课标 卷). (27 题节选)(H 3PO2)也可以通过电解的方法制备。工作原理如下图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)。(1) 写出阳极的电极反应式： 。(2) 分析产品室可得到 H3PO2的原因： 。(3) 早期采用 “三室电渗析法”制备H 3PO2，将“四室电渗析法”中阳极室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替，并撤去阳极室与产品室之间的阳膜，从而合并了阳极室与产品室，其缺点是产品中混有 杂质，该杂质产生的原因是 。. (28 题节选) 乙醇是重要的有机化工原料，可由乙烯气相直接水合法或乙烯间接水合法生产。(1) 已知：甲醇脱水反应2CH 3OH(g) CH3OC
17、H3(g)+H2O(g) H1=-23.9 kJmol-1 甲醇制烯烃反应2CH 3OH(g) C2H4 (g)+2H2O(g) H2=-29.1 kJmol-1 乙醇异构化反应CH 3CH2OH(g) CH3OCH3(g) H 3=+50.7 kJmol-1 则乙烯气相直接水合反应C 2H4 (g)+H2O(g) C2H5OH(g)的 H= kJmol -1。(2) 下图为气相直接水合法中乙烯的平衡转化率与温度、压强的关系其中n(H 2O)n(C2H4)=11。列式计算乙烯水合制乙醇反应在图中A点的平衡常数 Kp= (用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压 物质的量分数) 。图中压强p 1、
18、p 2、p 3、p 4的大小顺序为 ，理由是 。气相直接水合法常采用的工艺条件为：磷酸/硅藻土为催化剂，反应温度 290 ，压强6.9 MPa，n(H 2O)n(C 2H4)=0.61。乙烯的转化率为5%，若要进一步提高乙烯的转化率，除了可以适当改变反应温度和压强外，还可以采取的措施有 、 。答案.(1) 2H2O-4e- O2+4H+(2) 由于阳极室 OH-放电，造成H +浓度增大，穿过阳膜扩散至产品室，而原料室中的H 2P-O穿过阴膜扩散至产品室，二者反应生成H 3PO2(3) H3PO4(或P3-4) H 2P-或H 3PO2被氧化.(1) -45.5(2) 0.07 p 1p2p3p
19、4 反应分子数减少，相同温度下，增大压强，平衡正向移动，乙烯转化率提高将产物乙醇液化移去 增加n(H 2O)n(C 2H4)解析.(1) 在阳极由于阴离子中OH -的放电能力最强，所以电极反应为2H 2O-4e- O2+ 4H+。(2) 在产品室之所以得到H 3PO2是因为阳极室的H +穿过阳膜扩散到产品室，原料室中的H 2P-O穿过阴膜扩散至产品室，二者反应生成。(3) 合并了阳极室与产品室，由于H 3PO2 具有还原性，则阳极室产生 O2 将H 2P-或H 3PO2氧化。.(1) - 即可得到目标反应， H=-23.9-(-29.1)-50.7=-45.5 kJmol-1。(2) A点时乙烯的平衡转化率为 20%，设乙烯的物质的量为1 mol。C 2H4(g) + H 2O(g) C2H5OH(g)起始/mol： 1 1 0转化/mol： 0.2 0.2 0.2平衡/mol： 0.8 0.8 0.2乙烯水合制乙醇反应在图中A点的平衡常数为
