重点7化学反应原理的综合应用
【命题规律】
本专题的考查点主要是选修课本《化学反应原理》中化学反应与能量、化学反应速率和化学平衡的内容，涉及到的知识点比较多，属高频考点。题型填空题、选择题都有，难度中等偏上。考查的核心素养以证据推理与模型认知、宏观辨识与微观探析为主。
【备考建议】
2020年高考备考的重点仍以盖斯定律的应用、电化学知识及化学平衡常数的考查为主。
【限时检测】（建议用时：30分钟）
1.（2019·北京市朝阳区高考联考模拟）氮及其化合物的转化过程如图所示。下列分析合理的是
A.催化剂a表面发生了极性共价键的断裂和形成
B.N2与H2反应生成NH3的原子利用率为100%
C.在催化剂b表面形成氮氧键时，不涉及电子转移
D.催化剂a、b能提高反应的平衡转化率
【答案】B
【详解】A.催化剂A表面是氮气与氢气生成氨气的过程，发生的是同种元素之间非极性共价键的断裂，A项错误；
B.N2与H2在催化剂a作用下反应生成NH3属于化合反应，无副产物生成，其原子利用率为100%，B项正确；
C.在催化剂b表面形成氮氧键时，氨气转化为NO，N元素化合价由-3价升高到+2价，失去电子，C项错误；
D.催化剂a、b只改变化学反应速率，不能提高反应的平衡转化率，D项错误。
2.（2019·北京市朝阳区高考联考模拟）乙烯气相直接水合反应制备乙醇：C2H4(g)+H2O(g)C2H5OH(g)。乙烯的平衡转化率随温度、压强的变化关系如下（起始时，n(H2O)＝n(C2H4)＝1mol，容器体积为1L）。
下列分析不正确的是
A.乙烯气相直接水合反应的?H＜0
B.图中压强的大小关系为：p1＞p2＞p3
C.图中a点对应的平衡常数K＝
D.达到平衡状态a、b所需要的时间：a＞b
【答案】B
【分析】依据图像分析，在同一个压强下，随着温度的升高，乙烯平衡转化率降低，不利于平衡向正反应方向进行，可知该反应正方向为放热反应；根据C2H4(g)+H2O(g)C2H5OH(g)可知，该反应是气体分子数减小的体系，再结合平衡常数表达式及压强与温度对速率与平衡的影响作答。
【详解】A.根据上述分析可知，乙烯气相直接水合反应为放热反应，即?H＜0，A项正确；
B.由方程式C2H4(g)＋H2O(g)＝C2H5OH(g)可知该反应的正反应是气体分子数减小的反应，所以增大压强，平衡正向移动，乙烯的转化率提高，因此压强关系是：p1
C.根据图示可知，起始时，n(H2O)＝n(C2H4)＝1mol，容器体积为1L，a点乙烯的平衡转化率为20%，则转化的乙烯的物质的量浓度为0.2mol/L，则:C2H4(g)+H2O(g)═C2H5OH(g)
开始(mol/L)110
转化(mol/L)0.20.20.2
平衡(mol/L)0.80.80.2
所以K==，C项正确；
D.增大压强，化学反应速率会加快，则反应达到平衡的时间会缩短，由上述分析可知，p2
.（2019·东北育才学校科学高中部高考模拟）二氧化硫是危害最为严重的大气污染物之一,它主要来自化石燃料的燃烧,研究CO催化还原SO2的适宜条件,在燃煤电厂的烟气脱硫中具有重要价值。
.从热力学角度研究反应
C(s)+O2(g)CO2(g)ΔH1=-393.5kJ·mol-1
CO2(g)+C(s)2CO(g)ΔH2=+172.5kJ·mol-1
S(s)+O2(g)SO2(g)ΔH3=-296.0kJ·mol-1
写出CO还原SO2的热化学方程式:_________________。?
关于CO还原SO2的反应,下列说法正确的是______。?
A.在恒温恒容条件下,若反应体系压强不变,则反应已达到平衡状态
B.平衡状态时,2v正(CO)=v逆(SO2)
C.其他条件不变,增大SO2的浓度,CO的平衡转化率增大
D.在恒温恒压的容器中,向达到平衡状态的体系中充入N2,SO2的平衡转化率不变
．NOx的排放主要来自于汽车尾气，包含NO2和NO，有人提出用活性炭对NOx进行吸附，发生反应如下：
反应a：C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g)ΔH=－34.0kJ/mol
反应b：2C(s)+2NO2(g)N2(g)+2CO2(g)ΔH=－64.2kJ/mol
对于反应a，在T1时，借助传感器测得反应在不同时间点上各物质的浓度如下：
时间(min)
浓度(mol·L-1) 0 10 20 30 40 50 NO 1.00 0.58 0.40 0.40 0.48 0.48 N2 0 0.21 0.30 0.30 0.36 0.36 0~10min内，NO的平均反应速率v(NO)=___________，当升高反应温度，该反应的平衡常数K___________(选填“增大”、“减小”或“不变”)。
30min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．加入一定量的活性炭B．通入一定量的NO
C．适当缩小容器的体积D．加入合适的催化剂
某实验室模拟反应b，在密闭容器中加入足量的C和一定量的NO2气体，维持温度为T2，如图为不同压强下反应b经过相同时间NO2的转化率随着压强变化的示意图。请从动力学角度分析，1050kPa前，反应b中NO2转化率随着压强增大而增大的原因_____________；在1100kPa时，NO2的体积分数为___________。
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T2、1.1×106Pa时，该反应的化学平衡常数Kp=___________(计算表达式表示)；已知：气体分压(P分)=气体总压(P总)×体积分数。
【答案】2CO(g)+SO2(g)2CO2(g)+S(s)ΔH=-270.0kJ·mol-1AC
（3）①0.042mol/(L?min)减小BC
（4）1050kPa前反应未达平衡状态，随着压强增大，反应速率加快，NO2转化率提高50%或
【详解】（1）CO与SO2的反应方程式为2CO＋SO2=2CO2＋S，C(s)+O2(g)=CO2(g)，CO2(g)+C(s)=2CO(g)，S(s)+O2(g)=SO2(g)，因此有－－得出2CO(g)＋SO2(g)=2CO2(g)＋S(s)△H=－270.0kJ·mol－1；
（2）A、根据反应方程式，硫为固体，其余为气体，反应前后气体分子数之和不相等，因此当压强不再改变，说明反应达到平衡，故A正确；
B、不同物质的速率表示达到平衡，要求反应的方向一正一逆，且反应速率之比等于系数之比，即v正(CO)=2v逆(SO2)，故B错误；
C、其他条件不变，增大SO2的浓度，增加反应物的浓度，平衡向正反应反应移动，CO的转化率增大，故C正确；
D、恒温恒压下，通入非反应气体，容器的体积增大，物质的量浓度降低，平衡向逆反应方向进行，SO2的转化率的降低，故D错误；答案为AC；
（3）根据反应速率数学表达式，v(NO)=(1.00－0.58)mol/L÷10min=0.042mol/(L·min)；反应a和b都是放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向进行，化学平衡常数只受温度的影响，即升高温度，平衡常数K减小；
A、活性炭为固体，加入活性炭，不影响化学平衡，故A不符合题意；
B、通入一定量的NO，NO浓度增大，平衡向正反应方向移动，N2浓度增大，故B符合题意；
C、适当缩小容器的体积，所有气体的浓度均增大，故C符合题意；
D、加入合适的催化剂，不影响化学平衡，故D不符合题意；答案为BC；
（4）根据示意图，1050kPa前，反应未达到平衡，随着压强增大，反应速率增大，NO2的转化率加快；假设通入1molNO2，2C(s)＋2NO2(g)N2(g)＋2CO2(g)
起始：100
变化：0.40.20.4
平衡：0.60.20.41100kPa时，NO2的体积分数为0.6mol/(0.6＋0.2＋0.4)mol×100%=50%；
NO2的体积分数为1/2，N2的体积分数为0.2mol/(0.6＋0.2＋0.4)mol=1/6，CO2的体积分数为1/3，Kp==或。
.（2019·山东省德州市高考联考模拟）用化学反应原理研究N、S元素的化合物有着重要的意义。
已知：一定温度下
△Hl=－196．6kJ·mol-1
△H2=－113．8kJ·mol-1
写出NO2(g)和SO2(g)反应生成SO3(g)和NO(g)的热化学方程式_______________________
一定温度下，分别向A、B容器中充入5molNO和2．5molO2，A保持恒容，B保持恒压。发生反应[不考虑]，起始时A、B的体积均为2L。
下列能说明A、B容器均达到平衡状态的是__________。
a．A、B容器的压强均不发生变化
b．A、B容器中气体颜色均不发生变化
c．A、B容器中气体的密度不再发生变化
d．A、B容器中气体的平均摩尔质量不再发生变化
T℃时，A、B容器均达到平衡状态时，A中O2的浓度为0．5mol·L-1，则NO的转化率为__________，B中反应的平衡常数KB=____________________。
将一定量的SO2和O2通入A容器中，测得SO2的浓度随时间变化如图实线所示。
ab、bc、cd三段平均反应速率最大的是________；de段平均反应速率为_________。
仅改变某一个条件，测得SO2的浓度随时间变化如图中虚线所示，则改变的条件是___________________________________________________________________________。
图装置可将雾霾中的NO、SO2转化为(NH4)2SO4，则阴极的电极反应为__________。
【答案】NO2（g）+SO2（g）=SO3（g）+NO（g）△H=-41.4kJ?mol-1bd②60%4.5
（3）①ab0②加入催化剂NO+6H++5e-=NH4++H2O
【】2SO2（g）+O2（g）2SO3（g）△Hl=－196．6kJ·mol-1
2NO（g）+O2（g）2NO2（g）△H2=－113．8kJ·mol-1
根据盖斯定律－得：NO2（g）+SO2（g）=SO3（g）+NO（g）△H=－41.4kJ?mol-1；
答案：NO2（g）+SO2（g）=SO3（g）+NO（g）△H=－41.4kJ?mol-1
变量不再发生变化，证明达到了平衡；注意A保持恒容，B保持恒压；
a．B容器的压强是定值，不是变量，故不选a；
b．A、B容器中气体的颜色均不发生变化，说明NO2的浓度不在发生变化，故选b；
c．A容器中气体的密度是定值，不是变量，故不选c；
d．因为M=m/n，m是定值，n是变量，所以平均摩尔质量是变量，故选d；
列A容器中反应的三行式：
2NO（g）+O2（g）2NO2（g）
c（初）2.51.250
△c1.50.751.5
c（末）10.51.5
则NO的转化率：=60%k==4.5因为A、B容器温度相同,所以平衡常数相等；
因为单位时间内变化越大反应速率越快，所以ab段平均反应速率最大；de段已达平衡，故平均反应速率为0；
对于反应前后物质的量发生变化的反应来说，只是加快反应速率，并未影响平衡，应该是加入催化剂；
阴极发生的应该是化合价降低，得电子的反应，因此NO生成NH4+，三步法配平根据化合价变化，标明转移电子数NO+5e-=NH4+根据左右两边电荷守恒确定氢离子的位置和系数NO+6H++5e-=NH4+根据原子守恒确定水分子的位置和系数NO+6H++5e-=NH4++H2O；因此电极反应式为NO+6H++5e-=NH4++H2O；
.（2019·北京市朝阳区高考联考模拟）以海绵铜（CuO、Cu）为原料制备氯化亚铜（CuCl）的一种工艺流程如下。
（1）“溶解”过程：生成CuSO4的反应方程式：CuO+H2SO4===CuSO4+H2O、________。
（2）“吸收”过程：
2NO(g)+O2(g)2NO2(g)(H=-112.6kJ·mol-1
提高NO平衡转化率的方法是________（写出两种）。
吸收NO2的有关反应如下：
反应：2NO2(g)+H2O(l)===HNO3(aq)+HNO2(aq)(H=-116.1kJ·mol-1
反应：3HNO2(aq)===HNO3(aq)+2NO(g)+H2O(l)(H=-75.9kJ·mol-1
用水吸收NO2生成HNO3和NO的热化学方程式是________。
（3）“电解”过程：
HNO2为弱酸。通过电解使HNO3得以再生，阳极的电极反应式是________。
（4）“沉淀”过程：
产生CuCl的离子方程式是_________。
加入适量Na2CO3，能使沉淀反应更完全，原因是_________。
（5）测定CuCl含量：
称取氯化亚铜样品mg，用过量的FeCl3溶液溶解，充分反应后加入适量稀硫酸，用xmol·L-1的K2Cr2O7溶液滴定到终点，消耗K2Cr2O7溶液ymL。滴定时发生的离子反应：Cr2O72-+6Fe2++14H+===2Cr3++6Fe3++7H2O样品中CuCl（M＝99.5g·mol-1）的质量分数为________。
【答案】
（2）①降低温度、增大压强、提高等3NO2(g)+H2O(g)=2HNO3(aq)+NO(g)△H=-212.1kJ·mol-1
（3）
（4）①②消耗，使减小，有利于生成CuCl的反应正向进行
【分析】海绵铜（CuO、Cu）中CuO与稀硫酸反应转化为硫酸铜，因硝酸在酸性条件下具有氧化性，会将Cu氧化为铜离子，最终生成硫酸铜，二氧化硫具有还原性，再讲铜离子还原为氯化亚铜；NO合理利用经过氧化与电解过程得到硝酸，据此分析作答。
【详解】（1）“溶解”过程除了氧化铜溶于稀硫酸过程，Cu在酸性条件下与硝酸会发生氧化还原反应，其化学方程式为：，故答案为：；
（2）2NO(g)+O2(g)2NO2(g)(H=-112.6kJ·mol-1，该反应正向是气体体积分数减小的放热反应，则提高NO平衡转化率的方法可以为：降低温度、增大压强、提高等（任写两种即可）；
根据盖斯定律可知，（反应×3+反应）得到用水吸收NO2生成HNO3和NO的热化学方程式为：3NO2(g)+H2O(g)=2HNO3(aq)+NO(g)△H=-[-116.1kJ·mol-1×3+(-75.9kJ·mol-1)]=-212.1kJ·mol-1，故答案为：3NO2(g)+H2O(g)=2HNO3(aq)+NO(g)△H=-212.1kJ·mol-1；
（3）电解过程中，阳极HNO2发生失电子的氧化反应生成硝酸，其电极反应式为；
（4）铜离子与二氧化硫发生氧化还原反应生成氯化亚铜，其离子方程式为：；
生成氯化亚铜沉淀的方程式为：，反应中有硫酸生成，加入适量Na2CO3，其中消耗，使减小，有利于生成CuCl的反应正向进行；
（5）氯化亚铜与氯化铁发生反应：Fe3++CuCl＝Fe2++Cu2++Cl-，加入K2Cr2O7溶液，发生反应：6Fe2++Cr2O72-+14H+＝6Fe3++2Cr3++7H2O，反应的关系式为
6CuCl～6Fe2+～Cr2O72-
61
nxy×10-3mol
n=6xy×10-3mol
m（CuCl）=995g/mol×6xy×10-3mol=0.597xyg
则样品中CuCl的质量分数为。
.（2019·黑龙江省大庆一中高考模拟）十九大报告指出：“坚持全民共治、源头防治，持续实施大气污染防治行动，打赢蓝天保卫战！”以NOx为主要成分的雾霾的综合治理是当前重要的研究课题。
．汽车尾气中的NO(g)和CO(g)在一定条件下可发生如下反应：
反应2NO(g)+2CO(g)?N2(g)+2CO2(g)ΔH1。
已知：反应N2(g)+O2(g)?2NO(g)ΔH2=+180.5kJ·mol-1，CO的燃烧热为283.0kJ·mol-1，则ΔH1=____。
在密闭容器中充入5molCO和4molNO，发生上述反应，图1为平衡时NO的体积分数与温度、压强的关系。
温度：T1____T2(填“＜”或“＞”)。
若在D点对反应容器升温的同时扩大体积使体系压强减小，重新达到的平衡状态可能是图中A~G点中的____点。
某研究小组探究催化剂对CO、NO转化的影响。将NO和CO以一定的流速通过两种不同的催化剂进行反应，相同时间内测量逸出气体中NO含量，从而确定尾气脱氮率(脱氮率即NO的转化率)，结果如图2所示。若低于200，图2中曲线脱氮率随温度升高而变化不大的主要原因为______；a点_____(填“是”或“不是”)对应温度下的平衡脱氮率，说明其理由______。
II．N2O是一种强温室气体，且易形成颗粒性污染物，研究N2O的分解对环境保护有重要意义。
碘蒸气存在能大幅度提高N2O的分解速率，反应历程为：
第一步I2(g)?2I(g)(快反应)
第二步I(g)+N2O(g)→N2(g)+IO(g)(慢反应)
第三步IO(g)+N2O(g)→N2(g)+O2(g)+I2(g)(快反应)
实验表明，含碘时N2O分解速率方程v=k·c(N2O)·[c(I2)]0.5(k为速率常数)。下列表述正确的是____。
A．I2浓度与N2O分解速无关B．第二步对总反应速率起决定作用
C．第二步活化能比第三步小D．IO为反应的中间产物
【答案】-746.5kJ/mol
（2）①＞A
（3）温度较低时，催化剂的活性偏低不是该反应为放热反应，根据线II可知，a点对温度的平衡脱氮率应该更高BD
【】CO燃烧热的△H1=-283.0kJ?mol-l，热化学方程式为：CO(g)+O2(g)=CO2(g)△H1=-283.0kJ?mol-l，N2(g)+O2(g)?2NO(g)△H2=+180.5kJ?mol-1，根据盖斯定律，将×2-②得：2NO(g)+2CO(g)?N2(g)+2CO2(g)△H=-746.5kJ/mol，故答案为：-746.5kJ/mol；
根据反应2CO(g)+2NO(g)?N2(g)+2CO2(g)△H=-746.5kJ?mol-1，升高温度，平衡逆向移动，所以NO的体积分数会增大，即T1＞T2，故答案为：＞；
若在D点对反应容器升温的同时扩大体积使体系压强减小，则平衡会逆向移动，NO的体积分数增加，重新达到的平衡状态可能是图中A点，故答案为：A。
根据图像可知，温度较低时，催化剂的活性偏低，因此温度低于200，曲线脱氮率随温度升高变化不大；a点不是对应温度下的平衡脱氮率，因为该反应为放热反应，根据线II可知，a点对温度的平衡脱氮率应该更高，故答案为：温度较低时，催化剂的活性偏低；不是；该反应为放热反应，根据线II可知，a点对温度的平衡脱氮率应该更高；
A．N2O分解反应中，实验表明，含碘时N2O分解速率方程v=k?c(N2O)?[c(I2)]0.5(k为速率常数)，和碘蒸气有关，故A错误；B．第二步I(g)+N2O(g)→N2(g)+IO(g)(慢反应)，在整个反应过程中起到决定性作用，故B正确；C．第二步反应慢说明活化能比第三步大，故C错误；D．第一步I2(g)?2I(g)(快反应)，第二步I(g)+N2O(g)→N2(g)+IO(g)(慢反应)，第三步IO(g)+N2O(g)→N2(g)+O2(g)+H(g)(快反应)，过程中IO为反应的中间产物，故D正确；故答案为：BD。
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