专题16  化学反应原理综合题
【母题来源】2022年全国甲卷
【母题题文】金属钛(Ti)在航空航天、医疗器械等工业领域有着重要用途,目前生产钛的方法之一是将金红石转化为,再进一步还原得到钛。回答下列问题:
(1)转化为有直接氯化法和碳氯化法。在时反应的热化学方程式及其平衡常数如下:
(ⅰ)直接氯化:
(ⅱ)碳氯化:
反应为______________Pa。
碳氯化的反应趋势远大于直接氯化,其原因是_______。
对于碳氯化反应:增大压强,平衡_______移动(填“向左”“向右”或“不”);温度升高,平衡转化率_______(填“变大”“变小”或“不变”)。
(2)在,将、C、以物质的量比12.22进行反应。体系中气体平衡组成比例(物质的量分数)随温度变化的理论计算结果如图所示。
反应的平衡常数_______
图中显示,在平衡时几乎完全转化为,但实际生产中反应温度却远高于此温度,其原因是_______。
(3)碳氯化是一个“气—固—固”反应,有利于“固—固”接触的措施是_______。
【答案】(1)    -223    1.2×1014    碳氯化反应气体分子数增加,∆H小于0,是熵增、放热过程,熵判据与焓判据均是自发过程,而直接氯化的体系气体分子数不变、且是吸热过程    向左    变小
(2)    7.2×105    为了提高反应速率,在相同时间内得到更多的TiCl4产品,提高效益
(3)将两固体粉碎后混合,同时鼓入Cl2,使固体粉末“沸腾”
【试题解析】
(1)根据盖斯定律,将“反应ⅱ-反应ⅰ”得到反应2C(s)+O2(g)=2CO(g),则∆H=-51kJ/mol-172kJ/mol=-223kJ/mol;则Kp===1.2×1014Pa;
碳氯化的反应趋势远大于直接氯化,因为碳氯化反应气体分子数增加,∆H小于0,是熵增、放热过程,熵判据与焓判据均是自发过程,而直接氯化的体系气体分子数不变、且是吸热过程;
对应碳氯化反应,气体分子数增大,依据勒夏特列原理,增大压强,平衡往气体分子数减
少的方向移动,即平衡向左移动;该反应是放热反应,温度升高,平衡往吸热方向移动,即向左移动,则平衡转化率变小。
(2)从图中可知,1400℃,体系中气体平衡组成比例CO2是0.05,TiCl4是0.35,CO是0.6,反应C(s)+CO2(g)=2CO(g)的平衡常数Kp(1400℃)==Pa=7.2×105Pa;
实际生产中需要综合考虑反应的速率、产率等,以达到最佳效益,实际反应温度远高于200℃,就是为了提高反应速率,在相同时间内得到更多的TiCl4产品。
(3)固体颗粒越小,比表面积越大,反应接触面积越大。有利于TiO2 – C“固-固”接触,可将两者粉碎后混合,同时鼓入Cl2,使固体粉末“沸腾”,增大接触面积。
【母题来源】2022年全国乙卷
【母题题文】油气开采、石油化工、煤化工等行业废气普遍含有的硫化氢,需要回收处理并加以利用。回答下列问题:
(1)已知下列反应的热化学方程式:
       
       
       
计算热分解反应________
(2)较普遍采用的处理方法是克劳斯工艺。即利用反应生成单质硫。另一种方法是:利用反应高温热分解。相比克劳斯工艺,高温热分解方法的优点是________,缺点是________。
(3)在反应条件下,将的混合气进行热分解反应。平衡时混合气中的分压相等,平衡转化率为________,平衡常数________
(4)在反应条件下,对于分别为混合气,热分解反应过程中转化率随时间的变化如下图所示。
越小,平衡转化率________,理由是________。
对应图中曲线________,计算其在之间,分压的平均变化率为________
【答案】(1)170
(2)    副产物氢气可作燃料    耗能高
(3)    50%    4.76
(4)    越高    n(H2S):n(Ar)越小,H2S的分压越小,平衡向正反应方向进行,H2S平衡转化率越高    d    24.9
【试题解析】
(1)已知:
2H2S(g)+3O2(g)=2SO2(g)+2H2O(g)   ΔH1=-1036kJ/mol
4H2S(g)+2SO2(g)=3S2(g)+4H2O(g)   ΔH2=94kJ/mol
2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)   ΔH3=-484kJ/mol
根据盖斯定律(+即得到2H2S(g)=S2(g)+2H2(g)的ΔH4=(-1036+94)kJ/mol×+484kJ/mol=170 kJ/mol;
(2)根据盖斯定律(+可得2H2S(g)+O2(g)=S2(g)+2H2O(g) ΔH=(-1036+94)kJ/mol×=-314kJ/mol,因此,克劳斯工艺的总反应是放热反应;根据硫化氢分解的化学方程式可知,高温热分解方法在生成单质硫的同时还有氢气生成。因此,高温热分解方法的优点是:可以获得氢气作燃料;但由于高温分解H2S会消耗大量能量,所以其缺点是耗能高;
(3)假设在该条件下,硫化氢和氩的起始投料的物质的量分别为1mol和4mol,根据三段式可知:
平衡时H2S和H2的分压相等,则二者的物质的量相等,即1-x=x,解得x=0.5,所以H2S的平衡转化率为,所以平衡常数Kp≈4.76kPa;
(4)由于正反应是体积增大的可逆反应,n(H2S):n(Ar)越小,H2S的分压越小,相当于降低压强,平衡向正反应方向移动,因此H2S平衡转化率越高;
n(H2S):n(Ar)越小,H2S平衡转化率越高,所以n(H2S):n(Ar)=1:9对应的曲线是d;根据图像可知n(H2S):n(Ar)=1:9反应进行到0.1s时H2S转化率为0.24。假设在该条件下,硫化氢和
氩的起始投料的物质的量分别为1mol和9mol,则根据三段式可知
此时H2S的压强为≈7.51kPa,H2S的起始压强为10kPa,所以H2S分压的平均变化率为=24.9kPa·s-1
【命题意图】
该类试题往往以某个信息为主,围绕某种元素的化合物展开,结合图表信息,综合考查化学原理的知识,一般会同时涉及化学反应中的能量变化、化学反应速率和平衡、溶液中的离子平衡、电化学、化学计算等知识点,信息量大,难度大;充分考查学生的接受信息能力、知识迁移运用能力、解决实际问题的能力及计算能力。
【命题方向】
化学反应原理综合题涉及的内容主要包括化学反应过程中的焓变、化学能与电能的相互转化、电极反应式的书写、化学反应速率的定性分析与定量计算、化学平衡移动原理在生产中的应用、化学平衡常数的计算、反应条件的控制、弱酸弱碱的转化、pH计算、离子浓度大小的比较、离子的共存、难溶物之间的转化等问题。试题常以选择、填空、读图、作图、计算等形式出现。高考一般以与生产、生活联系紧密的物质为背景材料出组合题,各小题之间有一定独立性。
预计2023年高考仍然将结合某个特定的工业生产过程,综合考查反应热、热化学方程式、化学反应速率和化学平衡;考查从图像中获取有效信息,解答与化学反应速率和化学平衡有关的问题,如反应速率、反应转化率、产率,提高转化率的措施等;考查从图表或图像中获取信息,计算转化率、平衡常数等。【得分要点】
1.虽然题目在背景材料上呈现新(或陌生)内容,但内在要求或者核心知识考查不变。如运用化学反应原理、化学平衡和水解理论、物质制备和分离的知识等观点分析实际生产中的各种问题,我们千万不能被新包装所迷惑、所吓倒,注意联系生产实际中的各类反应原理,融会贯通,就能解决所有问题。
2.要熟练掌握相关的思想、知识细节、生产原理、工艺设计原理,还有新时期对化学工业原理的新要求,如循环经济、原子经济、节能环保等方面的要求在工业中的运用。
3.尽管化学反应原理综合题设问较多,考查内容较多,但都是《考试大纲》要求的内容,不会出现偏、怪、难的问题,因此要充满信心,分析时要冷静,不能急于求成。要总结思维的技巧和方法,答题时注意规范细致。再者是该类题的问题设计一般没有递进性,故答题时可跳跃式解答,千万不能放弃。
化学平衡图象解答原则
(1)解题思路
(2)解题步骤
以可逆反应aA(g)+bB(g) cC(g)为例:
(1)“定一议二”原则
在化学平衡图象中,包括纵坐标、横坐标和曲线所表示的意义三个量,确定横坐标所表示的量后,讨论纵坐标与曲线的关系或确定纵坐标所表示的量,讨论横坐标与曲线的关系。如图:
这类图象的分析方法是“定一议二”,当有多条曲线及两个以上条件时,要固定其中一个条件,分析其他条件之间的关系,必要时,作一辅助线分析。
(2)“先拐先平,数值大”原则
在化学平衡图象中,先出现拐点的反应先达到平衡,先出现拐点的曲线表示的温度较高(如图A)或表示的压强较大(如图B)。
图A                图B
图A表示T2>T1,正反应是放热反应。
图B表示p1<p2,A是反应物,正反应为气体总体积缩小的反应,即ab>c
1.(2022·河南郑州·三模)丙烯(C3备战高考H6)是石油化工行业重要的有机原料之一,主要用于生产聚丙烯、二氯丙烷、异丙醇等产品。回答下列问题:
(1)丙烷脱氢制备丙烯。由图可得C3H8(g)=C3H6(g)+H2(g) ΔH=_______kJ·mol-1
(2)将一定浓度的CO2与固定浓度的C3H8通过含催化剂的恒容反应器发生脱氢反应。经相同时间,流出的C3H6、CO和H2浓度随初始CO2浓度的变化关系如下图所示。c(H2)和c(C3H6)变化差异的原因为_______(用化学方程式表示)。
(3)已知Arrhenius 经验公式为Rlnk=RlnA-(Ea为活化能,k为速率常数,R、A为常数)。丙烷脱氢制备丙烯反应在某条件下的Arrhenius 经验公式的实验数据如图中曲线a所示,其活化能为_______J·mol-1,当其实验数据发生变化如图中b线所示,则可能的原因是_______。
(4)工业上用丙烯加成法制备1,2-二氯丙烷(CH2ClCHClCH3),副产物为3-氯丙烯(CH2=CHCH2Cl),反应原理为: