2020版高考化學(xué)新增分大一輪復(fù)習(xí) 第7章 專題突破9 化學(xué)反應(yīng)原理在物質(zhì)制備中的調(diào)控作用精講義+優(yōu)習(xí)題（含解析）魯科版.docx

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化學(xué)反應(yīng)原理在物質(zhì)制備中的調(diào)控作用 1．化學(xué)反應(yīng)方向的判定 首先根據(jù)綜合判據(jù)判斷化學(xué)反應(yīng)是否有發(fā)生的可能性。 ΔG＝ΔH－TΔS ΔG<0時，反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行； ΔG＝0時，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)； ΔG>0時，反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行。 2．化工生產(chǎn)適宜條件選擇的一般原則 (1)從化學(xué)反應(yīng)速率分析，既不能過快，又不能太慢。 (2)從化學(xué)平衡移動分析，既要注意外界條件對速率和平衡影響的一致性，又要注意二者影響的矛盾性。 (3)從原料的利用率分析，增加易得廉價原料，提高難得高價原料的利用率，從而降低生產(chǎn)成本。 (4)從實際生產(chǎn)能力分析，如設(shè)備承受高溫、高壓能力等。 (5)注意催化劑的活性對溫度的限制。 3．平衡類問題需綜合考慮的幾個方面 (1)原料的來源、除雜，尤其考慮雜質(zhì)對平衡的影響。 (2)原料的循環(huán)利用。 (3)產(chǎn)物的污染處理。 (4)產(chǎn)物的酸堿性對反應(yīng)的影響。 (5)氣體產(chǎn)物的壓強(qiáng)對平衡造成的影響。 (6)改變外界條件對多平衡體系的影響。 1．無機(jī)鹽儲氫是目前科學(xué)家正在研究的儲氫新技術(shù)，其原理如下： NaHCO3(s)＋H2(g)HCOONa(s)＋H2O(l) 在2L恒容密閉容器中加入足量碳酸氫鈉固體并充入一定量的H2(g)，在上述條件下發(fā)生反應(yīng)，體系中H2的物質(zhì)的量與反應(yīng)時間的關(guān)系如表所示： t/min 0 2 4 6 8 10 n(H2)/mol 2.0 1.5 1.2 0.9 0.8 0.8 下列推斷正確的是(　　) A．當(dāng)容器內(nèi)氣體的相對分子質(zhì)量不再變化時，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài) B．0～4min內(nèi)H2的平均反應(yīng)速率v(H2)＝0.2molL－1min－1 C．若溫度不變，平衡后再充入2molH2，達(dá)到新平衡時[H2]＝0.4molL－1 D．若保持溫度不變，平衡后再充入少量H2，H2的轉(zhuǎn)化率減小 答案　C 解析　該可逆反應(yīng)中只有H2呈氣態(tài)，H2的相對分子質(zhì)量始終保持不變，A項錯誤；v(H2)＝＝0.1molL－1min－1，B項錯誤；達(dá)到平衡時[H2]＝0.4molL－1，平衡常數(shù)K＝，溫度不變時平衡常數(shù)不變，再充入H2達(dá)到新平衡時，H2的平衡濃度保持不變，C項正確；溫度不變，再充入H2，相當(dāng)于將原體系壓縮，平衡向右移動，H2的轉(zhuǎn)化率增大，D項錯誤。 2．(2018武漢高三模擬)化學(xué)反應(yīng)原理在科研和生產(chǎn)中有廣泛應(yīng)用。 (1)利用“化學(xué)蒸氣轉(zhuǎn)移法”制備TaS2晶體，發(fā)生如下反應(yīng)： TaS2(s)＋2I2(g)TaI4(g)＋S2(g)　ΔH＞0(Ⅰ) 如下圖所示，反應(yīng)(Ⅰ)在石英真空管中進(jìn)行，先在溫度為T2的一端放入未提純的TaS2粉末和少量I2(g)，一段時間后，在溫度為T1的一端得到了純凈TaS2晶體，則溫度T1________(填“＞”“＜”或“＝”)T2。上述反應(yīng)體系中循環(huán)使用的物質(zhì)是________。 (2)CO可用于合成甲醇，反應(yīng)方程式為CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)。CO在不同溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率與壓強(qiáng)的關(guān)系如下圖所示。該反應(yīng)ΔH________(填“＞”或“＜”)0。實際生產(chǎn)條件控制在250℃、1.3104kPa左右，選擇此壓強(qiáng)的理由是___________________________。 答案　(1)＜　I2 (2)＜　在1.3104kPa下，CO的轉(zhuǎn)化率已較高，再增大壓強(qiáng)CO轉(zhuǎn)化率提高不大，同時生產(chǎn)成本增加，得不償失 解析　(1)由題意知，未提純的TaS2粉末變成純凈TaS2晶體，要經(jīng)過兩步轉(zhuǎn)化：①TaS2＋2I2===TaI4＋S2，②TaI4＋S2===TaS2＋2I2，即反應(yīng)(Ⅰ)先在溫度T2端正向進(jìn)行，后在溫度T1端逆向進(jìn)行，反應(yīng)(Ⅰ)的ΔH大于0，因此溫度T1小于T2，該過程中循環(huán)使用的物質(zhì)是I2。(2)從圖像來看，隨著溫度的升高，CO的轉(zhuǎn)化率變小，則ΔH＜0，綜合溫度、壓強(qiáng)對CO轉(zhuǎn)化率的影響來看，在題給壓強(qiáng)下，CO的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很大，不必再增大壓強(qiáng)。 3．(2019長春質(zhì)檢)二甲醚(DME)被譽(yù)為“21世紀(jì)的清潔燃料”，由合成氣制備二甲醚的主要原理如下： ①CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH1＝－90.7kJmol－1 ②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g) ΔH2＝－23.5kJmol－1 ③CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) ΔH3＝－41.2kJmol－1 回答下列問題： (1)則反應(yīng)3H2(g)＋3CO(g)CH3OCH3(g)＋CO2(g)的ΔH＝________kJmol－1。 (2)下列措施中，能提高CH3OCH3產(chǎn)率的有________(填字母)。 A．使用過量的CO B．升高溫度 C．增大壓強(qiáng) (3)反應(yīng)③能提高CH3OCH3的產(chǎn)率，原因是_________________________________。 (4)將合成氣以＝2通入1L的反應(yīng)器中，一定條件下發(fā)生反應(yīng)： 4H2(g)＋2CO(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)　ΔH，則CO的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度、壓強(qiáng)變化關(guān)系如上圖所示，下列說法正確的是________(填字母)。 A．ΔH＜0 B．p1＜p2＜p3 C．若在p3和316℃時，起始時＝3，則達(dá)到平衡時，CO轉(zhuǎn)化率小于50% 答案　(1)－246.1　(2)AC (3)消耗了反應(yīng)②的H2O(g)，有利于反應(yīng)②正向進(jìn)行，同時生成H2(4)A 4．煤炭是重要的化工原料，但屬于不可再生能源，高效、清潔地利用煤炭資源至關(guān)重要。請回答下列問題： (1)煤的氣化。 原理是C(s)＋2H2(g)CH4(g)　ΔH。 在1L密閉容器中投入1mol碳，并充入2molH2，測得相關(guān)數(shù)據(jù)如圖所示。 ①有關(guān)圖1、圖2的說法正確的有________(填字母)。 a．p1＜6MPa b．T1＜1000K c．ΔH＜0 d．工業(yè)生產(chǎn)中，當(dāng)溫度為T2時，壓強(qiáng)越高，經(jīng)濟(jì)效益越好 ②圖2中A點對應(yīng)的平衡常數(shù)Kp＝________(用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓＝總壓物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。 (2)煤生產(chǎn)水煤氣和半水煤氣。 ①工業(yè)上用煤生產(chǎn)作為合成氨原料氣的水煤氣，要求氣體中(CO＋H2)與N2的體積之比為3.1～3.2，發(fā)生的反應(yīng)有C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)，C(s)＋O2(g)CO(g)。從能量角度考慮，通入空氣的目的是__________________________________________________。 ②煤炭化工中有反應(yīng)為CO(g)＋H2O(g)H2(g)＋CO2(g)。在400℃時，反應(yīng)物的物質(zhì)的量均為1mol，在絕熱恒容條件下開始反應(yīng)，下列不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的有________(填字母)。 a．體系的壓強(qiáng)不再發(fā)生變化 b．混合氣體的密度不變 c．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變 d．各組分的物質(zhì)的量濃度不再改變 e．體系的溫度不再發(fā)生變化 f．v正(CO)＝v逆(H2O) ③如圖是反應(yīng)CO(g)＋H2O(g)H2(g)＋CO2(g)　ΔH＜0中CO和CO2的濃度隨時間發(fā)生變化的曲線，則t2時刻改變的條件可能是____________(寫出1種即可)。若t4時刻通過改變?nèi)莘e的方法將壓強(qiáng)增大為原來的2倍，在圖中t4～t5區(qū)間內(nèi)畫出CO、CO2濃度變化曲線，并標(biāo)明物質(zhì)名稱(假設(shè)各物質(zhì)狀態(tài)均保持不變)。 答案　(1)①abc　②　(2)①前者是吸熱反應(yīng)，通入空氣后發(fā)生的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，可維持體系的熱量平衡?、赽c?、劢档蜏囟?或增大水蒸氣的量、減少氫氣的量) 解析　(1)①該反應(yīng)為反應(yīng)前后氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，壓強(qiáng)增大，平衡正向移動，碳的轉(zhuǎn)化率增大，故p1＜6 MPa，a項正確；根據(jù)圖1可知，溫度升高，碳的轉(zhuǎn)化率減小，平衡逆向移動，則ΔH＜0，圖2中T1時碳的轉(zhuǎn)化率大于1 000 K時的轉(zhuǎn)化率，則T1＜1 000 K，b、c項正確；壓強(qiáng)增大，碳的轉(zhuǎn)化率增大，但增大的幅度較小，并且增大壓強(qiáng)耗費(fèi)較大，故不是壓強(qiáng)越高，經(jīng)濟(jì)效益越好，d項錯誤。②A點對應(yīng)的碳的平衡轉(zhuǎn)化率為50%，則生成0.5 mol CH4，剩余0.5 mol碳和1 mol H2，由于碳為固體，則p(H2)＝4.5 MPa＝3 MPa，p(CH4)＝4.5 MPa＝1.5 MPa，故Kp＝＝MPa－1＝MPa－1。