【备考2024年】高考化学广东卷真题变式分层精准练(第19题)

试卷更新日期:2024-02-26 类型:二轮复习

一、真题重现

  • 1. 配合物广泛存在于自然界,且在生产和生活中都发挥着重要作用。
    (1)、某有机物R能与Fe2+形成橙红色的配离子[FeR3]2+ , 该配离子可被HNO3氧化成淡蓝色的配离子[FeR3]3+

    ①基态Fe2+3d电子轨道表示式为

    ②完成反应的离子方程式:NO3-+2[FeR3]2++3H++2[FeR3]3++H2O

    (2)、某研究小组对(1)中②的反应进行了研究。

    用浓度分别为2.0molL-12.5molL-13.0molL-1HNO3溶液进行了三组实验,得到c([FeR3]2+)随时间t的变化曲线如图。

      

    c(HNO3)=3.0 molL-1时,在0~1 min内,[FeR3]2+的平均消耗速率=

    ②下列有关说法中,正确的有

    A.平衡后加水稀释,c([FeR3]2+)c([FeR3]3+)增大

    B.[FeR3]2+平衡转化率:αIII>αII>αI

    C.三组实验中,反应速率都随反应进程一直减小

    D.体系由橙红色转变为淡蓝色所需时间:tIII>tII>tI 

    (3)、R的衍生物L可用于分离稀土。溶液中某稀土离子(用M表示)与L存在平衡:

         M+LML   K1

         ML+LML2   K2

    研究组配制了L起始浓度c0( L)=0.02 molL-1M与L起始浓度比c0(M)/c0(L)不同的系列溶液,反应平衡后测定其核磁共振氢谱。配体L上的某个特征H在三个物种LMLML2中的化学位移不同,该特征H对应吸收峰的相对峰面积S(体系中所有特征H的总峰面积计为1)如下表。

                                                                                                                                                                                  

             c0(M)/c0(L)

             S(L)

             S(ML)

             S(ML2)

    0

    1.00

    0

    0

    a

    x

             <0.01

    0.64

    b

             <0.01

    0.40

    0.60

    【注】核磁共振氢谱中相对峰面积S之比等于吸收峰对应H的原子数目之比;“<0.01”表示未检测到。

    c0(M)/c0(L)=a时,x= 

    c0(M)/c0(L)=b时,平衡浓度比c(ML2)c(ML)=

    (4)、研究组用吸收光谱法研究了(3)中M与L反应体系。当c0(L)=1.0×10-5molL-1时,测得平衡时各物种c/c0(L)c0(M)/c0(L)的变化曲线如图。c0(M)/c0(L)=0.51时,计算M的平衡转化率(写出计算过程,结果保留两位有效数字)。

      

二、能力提升

  • 2. 通过电化学、热化学等方法,将CO2转化为HCOOH等化学品,是实现“双碳”目标的途径之一。

    请回答:

    (1)、某研究小组采用电化学方法将CO2转化为HCOOH,装置如图1。电极B上的电极反应式是 
    (2)、该研究小组改用热化学方法,相关热化学方程式如下:

    Ⅰ:C(s)+O2(g)═CO2(g)

    ΔH1=﹣393.5kJ•mol1

    Ⅱ:C(s)+H2(g)+O2(g)═HCOOH(g)

    ΔH2=﹣378.7kJ•mol1

    Ⅲ:CO2(g)+H2(g)⇌HCOOH(g)

    ΔH3

    ①ΔH3kJ•mol1

    ②反应Ⅲ在恒温、恒容的密闭容器中进行,CO2和H2的投料浓度均为1.0mol•L1 , 平衡常数K=2.4×108 , 则CO2的平衡转化率为 

    ③用氨水吸收HCOOH,得到1.00mol•L1氨水和0.18mol•L1甲酸铵的混合溶液,298K时该混合溶液的pH=。[已知:298K时,电离常数Kb(NH3•H2O)=1.8×105、Ka(HCOOH)=1.8×104]

    (3)、为提高效率,该研究小组参考文献优化热化学方法,在如图密闭装置中充分搅拌催化剂M的DMSO(有机溶剂)溶液,CO2和H2在溶液中反应制备HCOOH,反应过程中保持CO2(g)和H2(g)的压强不变,总反应CO2+H2⇌HCOOH的反应速率为v,反应机理如下列三个基元反应,各反应的活化能E2<E1<<E3(不考虑催化剂活性降低或丧失)。

    Ⅳ:M+CO2⇌Q

    E1

    Ⅴ:Q+H2⇌L

    E2

    Ⅴ:L⇌M+HCOOH

    E3

    ①催化剂M足量条件下,下列说法正确的是 ____。

    A、v与CO2(g)的压强无关 B、v与溶液中溶解H2的浓度无关 C、温度升高,v不一定增大 D、在溶液中加入N(CH2CH33 , 可提高CO2转化率
    (4)、

    ②实验测得:298K,p(CO2)=p(H2)=2MPa下,v随催化剂M浓度c变化如图3。c⩽c0时,v随c增大而增大:c>c0时,v不再显著增大。请解释原因

  • 3. 研究化学反应中的能量和速率变化对生产、生活有着重要意义。
    (1)、I.某些常见化学键的键能(将1mol气体分子AB断裂为中性气态原子A和B所需的能量或A和B合成1molAB气体所放出的能量)数据如下表:

    化学键

    CH

    C=O

    OH

    O=O

    键能/(kJmol1)

    414

    803

    463

    498

    1molCH4完全燃烧生成CO2和气态水放出的能量为kJ。该反应中反应物的总能量(填“>”、“<”或“=”)生成物的总能量。
    (2)、II.实验室模拟热气循环法合成尿素,CO2(g)NH3(g)在一定条件下发生反应:CO2(g)+2NH3(g)H2O(g)+CO(NH2)2(s)ΔH<0

    为了验证反应温度、催化剂的比表面积对化学反应速率的影响规律,某同学设计了三组实验,如表所示。

    实验编号

    T/

    CO2初始浓度/(molL1)

    NH3初始浓度/(molL1)

    催化剂的比表面积/(m2g1)

    280

    1.2×103

    5.8×103

    82

    T1

    1.2×103

    5.8×103

    124

    350

    a

    5.8×103

    82

    控制变量是科学研究的重要方法,因此表中数据:a=T1=

    (3)、对比实验①③,目的是验证(填“反应温度”或“催化剂的比表面积”)对化学反应速率的影响规律。
    (4)、一定温度下,向1L密闭容器中充入3molCO2(g)3molNH3(g)发生反应:CO2(g)+2NH3(g)H2O(g)+CO(NH2)2(s) , 若起始压强为p0kPa , 反应2min后该反应达到化学平衡状态,平衡时的压强是起始时的0.8倍,则0~2min内,v(NH3)=molL1min1CO2(g)的平衡转化率为%。
    (5)、下列情况中,一定能说明上述反应达到平衡的是____(填标号)。
    A、CO2(g)的体积分数保持不变 B、反应体系中气体的密度保持不变 C、反应消耗1molCO2(g) , 同时生成1molH2O(g) D、CO(NH2)2(s)的质量保持不变
    (6)、“碳呼吸电池”是一种新型化学电源,其工作原理如图。当得到1molAl2(C2O4)3时,电路中转移的电子的物质的量为mol。

三、模拟演练

  • 4. 2023年杭州亚运会开幕式首次使用“零碳甲醇”作为主火炬塔燃料。
    (1)、CH3OH分子中O的杂化轨道类型为
    (2)、以CO2为原料加氢可以合成甲醇CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) , 该反应能量变化如右图。

    ①第步(填“1”或“2”)是上述反应的决速步。

    ②恒容时,下列措施中能使该平衡体系中n(CH3OH)n(CO2)增大且加快化学反应速率的是(填字母)。

    A.充入He(g),使体系压强增大   B.升高温度

    C.将H2O(g)从体系中分离出去   D.再充入H2

    ③干冰(CO2)的晶胞结构如图所示,若该晶胞边长为apm,则干冰晶体的密度为gcm3。(已知:1pm=1010cmNA表示阿伏加德罗常数的值)

    (3)、在体积为1L的恒容密闭容器中,充入1molCO22molH2 , 一定条件下发生反应:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) , 测得CH3OH(g)浓度随时间的变化:

    时间/min

    0

    3

    5

    10

    15

    浓度/molL1

    0

    0.3

    0.45

    0.5

    0.5

    测得该条件下平衡时体系的压强为P,求该反应的Kp=(物质的分压=总压×物质的量分数)。

    (4)、NiOIn2O3可催化CO2的氢化,体系中产生CH3OH和CO。现将一定比例的CO2H2

    以一定流速通过催化剂,某温度下,得到CO2的转化率、CH3OH或CO的选择性[n(CH3OHCO)n(CO2)×100%]与催化剂中NiO质量分数的关系图:

    ①曲线(填“X”或“Y”)表示CO2的转化率随催化剂中NiO的质量分数的变化。

    ②有利于提高CH3OH选择性的反应条件是(填标号)。

    A.减小压强   B.使用更合适的催化剂   C.原料气中掺入适量的CO

  • 5. 我国CO2加氢制甲醇技术取得了大突破,对解决能源紧缺和环境问题具有重要意义。
    (1)、铜基催化剂制甲醇其主要反应如下:

    Ⅰ.CO2合成甲醇:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)ΔH1=49.5kJmol1K1

    Ⅱ.逆水煤气反应:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)ΔH2=+41.2kJmol1K2

    Ⅲ.成气合成甲醇:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)ΔH3K3

    回答下列问题:

    ①基态Cu2+的3d电子轨道表示式为

    ΔH3=kJmol1K3=(用K1K2表示)。

    (2)、若T1时将6mol CO2和8mol H2充入容积为2L的密闭容器中只发生反应Ⅰ:CO(g)+3H2(g)CH3OH(g)+2H2O(g)H2的物质的量变化如上表所示。

    物质的量/mol

    T1/℃

    T2/℃

    0

    5min

    10min

    15min

    20min

    25min

    30min

    H2

    8.0

    3.5

    2.0

    2.0

    1.7

    1.5

    1.5

    ①在T1℃条件下5-10min内,以CO2表示的该反应速率v(CO2)= , 该条件下的平衡常数K=

    ②下列说法正确的是

    A.T1<T2

    B.混合气体的密度保持不变时,说明反应Ⅰ已达到平衡

    C.平衡时向容器中充入惰性气体,反应Ⅰ的平衡正向移动

    D.加入适当催化剂,可加快反应速率

    (3)、某研究小组对催化剂材料进行了研究。下列四组实验,控制CO2H2初始投料比均为1∶2.2,经过相同反应时间(t1 min)

    温度(K)

    催化剂

    CO2转化率(%)

    甲醇选择性(%)

    综合选项

    543

    Cu/ZnO纳米棒材料

    12.3

    42.3

    A

    543

    Cu/ZnO纳米片材料

    11.9

    72.7

    B

    553

    Cu/ZnO纳米棒材料

    15.3

    39.1

    C

    553

    Cu/ZnO纳米片材料

    12.0

    71.6

    D

    由表格中的数据可知,相同温度下不同的催化剂对CO2的转化为CH3OH的选择性有显著影响,根据上表所给数据结合反应原理,所得最优选项为(填字母符号)。

    (4)、在p=4.00MPa、原料气n(H2)n(CO2)=34、合适催化剂的条件下发生反应,温度对CO2转化率、CH3OH产率、CH3OH选择性的影响如图所示。已知:CH3OH的选择性=CH3OHCO2

    CO2转化率随温度升高而增大的原因可能是

    CH3OH选择性随温度升高而减小的原因可能是

  • 6. 丙烷价格低廉且产量大,而丙烯及其衍生物具有较高的经济附加值,因此丙烷脱氢制丙烯具有重要的价值。回答下列问题:
    (1)、已知下列反应的热化学方程式:

    ①直接脱氢:CH3CH2CH3(g)=CH2=CHCH3(g)+H2(g)ΔH1=123.8kJmol1

    2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)ΔH2=483.6kJmol1

    计算O2氧化丙烷脱氢反应③CH3CH2CH3(g)+12O2(g)=CH2=CHCH3(g)+H2O(g)ΔH3=kJmol1

    (2)、已知下列键能数据,结合反应①数据,计算C=C的键能是kJmol1

    化学键

    CC

    CH

    HH

    键能/(kJmol1)

    347.7

    413.4

    436.0

    (3)、一定条件下,反应①中丙烷平衡转化率x与平衡常数Kp的关系可表示为:x2=KpKp+p , 式中p为系统总压。p分别为0.10MPa0.010MPa时,丙烷平衡转化率与温度的关系如图所示,其中表示0.10MPa下的关系曲线是(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。570时,Kp=MPa(保留2位有效数字)。

    (4)、研究人员利用V2O5作催化剂,对反应③的机理开展研究。以C3H818O2为原料,初期产物中没有检测到18O;以含有C3D8C3H8O2为原料,反应过程中没有检测到C3H8nDn(0<n<8)。下列推断合理的是____(填标号)。
    A、V2O5先吸附氧气,吸附的氧气直接与吸附的丙烷反应 B、V2O5直接氧化吸附的丙烷,吸附的氧气补充V2O5中反应掉的氧 C、V2O5催化丙烷脱氢过程中,碳氢键的断裂是可逆的
    (5)、研究人员尝试利用CO2氧化丙烷脱氢制丙烯,与O2氧化丙烷脱氢制丙烯相比,使用CO2的优点有(写出两点即可)。
    (6)、一种基于ZnO的锌基催化剂,可高效催化丙烷转化为丙烯。立方ZnO的晶胞如图,晶胞参数为apmO2Zn2+间的最小距离为pm , 晶体密度为gcm3(列出计算式,阿伏加德罗常数的值为NA)。