大題突破練3　化學(xué)反應(yīng)原理綜合題大題突破練2025高考總復(fù)習(xí)優(yōu)化設(shè)計二輪專題化學(xué)課后習(xí)題含答案

大題突破練2025高考總復(fù)習(xí)優(yōu)化設(shè)計二輪專題化學(xué)課后習(xí)題大題突破練(三)化學(xué)反應(yīng)原理綜合題學(xué)生用書P3121.(2024·廣東大亞灣區(qū)1月聯(lián)合模擬)某課題組研究CO2加氫制甲醇。涉及的主要反應(yīng)有:反應(yīng)Ⅰ:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)ΔH1=-48.3kJ·mol-1反應(yīng)Ⅱ:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)ΔH2=+41.2kJ·mol-1反應(yīng)Ⅲ:CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)ΔH3=-154.8kJ·mol-1反應(yīng)Ⅳ:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)ΔH4回答下列有關(guān)問題:(1)反應(yīng)Ⅳ的ΔH4=。

(2)下列有關(guān)說法正確的是。

A.增壓時,CO的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)一定增大B.當(dāng)甲醇的分壓不再改變時,體系達(dá)到平衡C.在恒容密閉容器中充入Ar,反應(yīng)Ⅲ速率不變D.升溫時,反應(yīng)Ⅱ逆反應(yīng)速率加快的程度大于正反應(yīng)速率(3)研究發(fā)現(xiàn),在3MPa條件下,當(dāng)起始n(CO2)∶n(H2)=1∶3,平衡時CO2的轉(zhuǎn)化率、含碳產(chǎn)物的選擇性(轉(zhuǎn)化的CO2中生成CH3OH、CH4或CO的百分比,如甲醇的選擇性=生成CH①隨著溫度升高,甲醇選擇性降低而CO2的轉(zhuǎn)化率卻升高的原因可能是。②在T溫度下,若CH4的選擇性為10%,計算此溫度下反應(yīng)Ⅱ的平衡常數(shù)K=。(4)一種在銅基催化劑上CO2加氫制甲醇的機(jī)理如圖所示,其中吸附在銅基催化劑表面上的物種用“*”標(biāo)注。①基態(tài)銅原子的價電子排布式為。

②決速步的反應(yīng)方程式為

。

(5)寫出甲醇在生產(chǎn)或生活中的一種應(yīng)用。

答案:(1)-89.5kJ·mol-1(2)BC(3)①生成甲醇的反應(yīng)均為放熱反應(yīng),升溫時平衡逆向移動,甲醇選擇性降低;反應(yīng)Ⅱ是吸熱反應(yīng),升溫平衡正向移動,且反應(yīng)Ⅱ占主導(dǎo)作用②0.198(4)①3d104s1②CH3O*+OH*+2H*CH3OH*+H2O*(5)作燃料(或溶劑或制甲醛等)解析:(1)根據(jù)蓋斯定律可知反應(yīng)Ⅰ-反應(yīng)Ⅱ=反應(yīng)Ⅳ,ΔH4=ΔH1-ΔH2=-48.3kJ·mol-1-(+41.2kJ·mol-1)=-89.5kJ·mol-1。(2)反應(yīng)Ⅱ是等體積變化的反應(yīng),反應(yīng)Ⅳ是氣體體積減小的反應(yīng),增壓時反應(yīng)Ⅳ的平衡正向移動,CO的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)減小,A錯誤;反應(yīng)達(dá)到平衡時,各物質(zhì)的濃度、含量均不變,則甲醇的分壓不再改變時其濃度不變,體系達(dá)到平衡狀態(tài),B正確;在恒容密閉容器中充入Ar時,反應(yīng)物、生成物的濃度均不變,則反應(yīng)速率不變化,C正確;反應(yīng)Ⅱ是吸熱反應(yīng),升高溫度時平衡正向移動,即升溫時反應(yīng)Ⅱ逆反應(yīng)速率加快的程度小于正反應(yīng)速率,D錯誤。(3)②設(shè)起始時n(CO2)=1mol、n(H2)=3mol,由圖可知,T溫度平衡時CO2的轉(zhuǎn)化率為60%、CH3OH的選擇性為60%,CH4的選擇性為10%,則CO的選擇性為1-60%-10%=30%,平衡體系中CO2的物質(zhì)的量為0.4mol,n(CH3OH)=1mol×60%×60%=0.36mol,n(CH4)=0.06mol,n(CO)=0.18mol,根據(jù)H、O原子守恒可得:2n'(H2)+2n(H2O)+0.36mol×4+0.06mol×4=6mol,n(H2O)+0.8mol+0.36mol+0.18mol=2mol,解得n'(H2)=1.5mol,n(H2O)=0.66mol,此溫度下反應(yīng)Ⅱ的平衡常數(shù)K=c(CO)·(4)①Cu的原子序數(shù)為29,基態(tài)銅原子核外電子排布式為[Ar]3d104s1,其價電子排布式為3d104s1。②反應(yīng)的能壘或活化能越高,反應(yīng)速率越慢,該步反應(yīng)的反應(yīng)速率決定整個反應(yīng)的反應(yīng)速率,是決速步,由圖可知,過渡態(tài)5的能壘最高,該步反應(yīng)為CH3O*+OH*+2H*CH3OH*+H2O*。(5)甲醇具有可燃性,是良好的有機(jī)溶劑,是重要的化工原料等,可用作燃料、溶劑、制備甲醛等。2.(2024·甘肅二模)苯乙烯是生產(chǎn)塑料和合成橡膠的重要有機(jī)原料,可由乙苯催化脫氫獲得。乙苯催化脫氫制苯乙烯的反應(yīng)為:+H2(g)(1)已知:化學(xué)鍵C—HC—CCCH—H鍵能/(kJ·mol-1)412348612436計算上述反應(yīng)的ΔH=kJ·mol-1。

(2)為提高乙苯的平衡轉(zhuǎn)化率,應(yīng)選擇的反應(yīng)條件為(填字母)。

A.低溫、高壓 B.高溫、低壓C.低溫、低壓 D.高溫、高壓(3)工業(yè)上,通常在乙苯蒸氣中摻混水蒸氣(原料氣中乙苯和水蒸氣的物質(zhì)的量之比為1∶9),控制反應(yīng)溫度600℃,并保持體系總壓為常壓的條件下進(jìn)行反應(yīng)。在不同反應(yīng)溫度下,乙苯的平衡轉(zhuǎn)化率和某催化劑作用下苯乙烯的選擇性(指除了H2以外的產(chǎn)物中苯乙烯的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))示意圖如下:①摻入水蒸氣能提高乙苯的平衡轉(zhuǎn)化率,解釋說明該事實:

。

②控制反應(yīng)溫度為600℃的理由是

。

(4)100kPa恒壓下,T1℃時將2mol乙苯蒸氣通入容積可變的密閉容器中發(fā)生乙苯脫氫制苯乙烯反應(yīng)。反應(yīng)經(jīng)過10min達(dá)到平衡,此時苯乙烯的體積分?jǐn)?shù)為0.375,則乙苯的轉(zhuǎn)化率為,0~10min內(nèi)的平均反應(yīng)速率v(H2)=kPa·min-1,該溫度下的Kp=kPa。

答案:(1)+124(2)B(3)①正反應(yīng)為氣體分子數(shù)增大的反應(yīng),保持壓強(qiáng)不變,加入水蒸氣,容器容積增大,等效為降低壓強(qiáng),平衡向正反應(yīng)方向移動②600℃時乙苯的轉(zhuǎn)化率與苯乙烯的選擇性均較高,溫度過低,反應(yīng)速率較慢,轉(zhuǎn)化率較低,溫度過高,選擇性下降,高溫下可能使催化劑失去活性,且消耗能量較大(4)60%3.7556.25解析:(1)反應(yīng)熱=反應(yīng)物斷鍵所吸收的熱量-生成物成鍵放出能量,ΔH=2×412kJ·mol-1+348kJ·mol-1-612kJ·mol-1-436kJ·mol-1=+124kJ·mol-1。(2)正反應(yīng)為氣體分子數(shù)增大的反應(yīng),減小壓強(qiáng),有利于平衡正向移動;正反應(yīng)為吸熱反應(yīng),升高溫度,有利于平衡正向移動,所以選擇高溫、低壓。(3)①正反應(yīng)方向氣體分子數(shù)增加,加入水蒸氣起稀釋作用,相當(dāng)于起減壓的效果,減壓的條件下,平衡正向移動,乙苯的平衡轉(zhuǎn)化率增大。(4)根據(jù)方程式+H2(g),反應(yīng)經(jīng)過10min達(dá)到平衡,設(shè)反應(yīng)消耗的乙苯的物質(zhì)的量為xmol,則剩下的乙苯為(2-x)mol,苯乙烯的體積分?jǐn)?shù)為0.375=x(2-x)+x+x×100%,解得x=1.2,則乙苯的轉(zhuǎn)化率為1.2mol2mol×100%=60%;0~10min內(nèi)的平均反應(yīng)速率v(H2)=ΔpΔt=0.375×100kPa10min=33.(2024·湖北七市二模)為了實現(xiàn)“碳達(dá)峰”和“碳中和”的目標(biāo),將CO2轉(zhuǎn)化成可利用的化學(xué)能源的“負(fù)碳”技術(shù)是世界各國關(guān)注的焦點?；卮鹣铝袉栴}:方法Ⅰ:CO2催化加氫制甲醇。以CO2、H2為原料合成CH3OH涉及的反應(yīng)如下:反應(yīng)ⅰ:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)ΔH1=-49.0kJ·mol-1反應(yīng)ⅱ:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)ΔH2=+41.0kJ·mol-1反應(yīng)ⅲ:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)ΔH3(1)計算反應(yīng)ⅲ的ΔH3=kJ·mol-1。

(2)一定溫度和催化劑條件下,在密閉恒容容器中按照投料n(CO2)∶n(H2)∶n(N2)=1∶3∶1發(fā)生反應(yīng)(N2不參與反應(yīng)),平衡時CO2的轉(zhuǎn)化率、CH3OH和CO的選擇性[如CH3OH的選擇性=n生成(①圖中曲線a表示物質(zhì)(填“CO2”“CH3OH”或“CO”)的變化。

②上述反應(yīng)體系在一定條件下建立平衡后,下列說法正確的有(填字母)。

A.升高溫度,反應(yīng)ⅰ逆向移動,所以正反應(yīng)速率減小B.向容器中再通入少量N2,CO2的平衡轉(zhuǎn)化率下降C.移去部分H2O(g),反應(yīng)ⅲ平衡一定不移動D.選擇合適的催化劑能提高CH3OH的選擇性③保持溫度不變,在恒容反應(yīng)器中,初始總壓為5pkPa,只發(fā)生反應(yīng)ⅰ和ⅱ,達(dá)到平衡時CO2的轉(zhuǎn)化率為80%,CO的選擇性為25%,則H2的轉(zhuǎn)化率為,反應(yīng)ⅱ的壓強(qiáng)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))。

方法Ⅱ:催化加氫制甲酸。(3)科研工作者通過開發(fā)新型催化劑,利用太陽能電池將工業(yè)排放的CO2轉(zhuǎn)化為HCOOH。已知CO2(g)+H2(g)HCOOH(g)ΔH=-31.4kJ·mol-1。溫度為T1℃達(dá)到平衡時,化學(xué)平衡常數(shù)K=1.8。實驗測得:v正=k正c(CO2)·c(H2),v逆=k逆c(HCOOH),k正、k逆為速率常數(shù)。T1℃時,k正=k逆;若溫度為T2℃達(dá)到平衡時,k正=1.9k逆,則T2(填“>”“<”或“=”)T1。

答案:(1)-90.0(2)①CO②D③23(或者66.7%)0.(3)1.8<解析:(1)根據(jù)蓋斯定律,ⅰ-ⅱ=ⅲ,所以ΔH3=ΔH1-ΔH2=-49.0kJ·mol-1-(+41.0kJ·mol-1)=-90.0kJ·mol-1。(2)①反應(yīng)ⅱ為吸熱反應(yīng),升高溫度平衡正向移動,CO的選擇性提高,反應(yīng)中CO2的轉(zhuǎn)化率升高,CO的選擇性為曲線a;反應(yīng)ⅰ為放熱反應(yīng),升高溫度平衡逆向移動,CH3OH的選擇性降低,反應(yīng)中CO2的轉(zhuǎn)化率降低,CH3OH的選擇性為曲線c;兩反應(yīng)綜合效應(yīng),CO2的轉(zhuǎn)化率為曲線b。②升高溫度,所有反應(yīng)的正逆反應(yīng)速率均升高,A項錯誤;在恒容容器中充入N2,反應(yīng)體系中各物質(zhì)的濃度不會發(fā)生改變,反應(yīng)速率不變,平衡不移動,CO2轉(zhuǎn)化率不變,B項錯誤;移去部分H2O(g),反應(yīng)ⅰ、ⅱ均正向移動,導(dǎo)致CH3OH和CO增加,濃度商可能發(fā)生變化,反應(yīng)ⅲ平衡可能發(fā)生移動,C項錯誤;催化劑具有專一性,所以選擇合適的催化劑能提高CH3OH的選擇性,D項正確。③投料n(CO2)∶n(H2)∶n(N2)=1∶3∶1,假設(shè)初始物質(zhì)的量分別為1mol、3mol、1mol,因為發(fā)生反應(yīng)ⅰ和ⅱ,達(dá)到平衡時CO2的轉(zhuǎn)化率為80%,CO的選擇性為25%,所以共反應(yīng)掉CO2的物質(zhì)的量為0.8mol,生成CO物質(zhì)的量為0.8mol×25%=0.2mol,根據(jù)C守恒,生成CH3OH物質(zhì)的量為0.6mol。列三段式:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)起始/mol 1 3 0 0轉(zhuǎn)化/mol 0.6 1.8 0.6 0.6平衡/mol 0.2 1 0.6 0.8CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)起始/mol 1 3 0 0轉(zhuǎn)化/mol 0.2 0.2 0.2 0.2平衡/mol 0.2 1 0.2 0.8則H2的轉(zhuǎn)化率為1.8mol+0.2mol3mol=23;平衡時氣體(包括N2)的總物質(zhì)的量為0.2mol+1mol+0.6mol+0.8mol+0.2mol+1mol=3.8mol,平衡時總壓強(qiáng)p平=3.8pkPa,CO2、H2、CO、H2O的分壓分別為0.2pkPa、pkPa、0.2pkPa、0.8pkPa,反應(yīng)ⅱ的(3)反應(yīng)CO2(g)+H2(g)HCOOH(g)的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式K=c(HCOOH)c(CO2)·c(H2);而v正=k正c(CO2)·c(H2),v逆=k逆c(HCOOH),k正、k逆為速率常數(shù),平衡時v正=v逆,即k正c(CO2)·c(H2)=k逆c(HCOOH),則K=c(HCOOH)c(CO2)·c(H2)=k正k逆,所以k正=1.8k逆;4.(2024·吉林白山二模)氨是重要的化工原料,也是潛在的儲氫材料?；卮鹣铝袉栴}:(1)氨的沸點為-33.35℃,易液化,工業(yè)上常用作制冷劑,其易液化的主要原因是

。

(2)在液氨中制備B2(NH)3的反應(yīng)如下:①BCl3(s)+6NH3(l)B(NH2)3(s)+3NH4Cl(s)ΔH1;②2B(NH2)3(s)B2(NH)3(s)+3NH3(l)ΔH2;③2BCl3(s)+9NH3(l)B2(NH)3(s)+6NH4Cl(s)ΔH3。上述反應(yīng)中,ΔH1、ΔH2、ΔH3之間等式關(guān)系為。

(3)氨分解制備氫氣,反應(yīng)歷程如圖所示。①N2(g)的鍵能為kJ·mol-1。

②寫出NH3分解總反應(yīng)的熱化學(xué)方程式:

。

(4)化學(xué)上,把反應(yīng)物消耗一半所用時間叫作“半衰期”。在恒容密閉容器中充入適量鎢和0.8molNH3,實驗測得在鎢表面氨氣分解反應(yīng)半衰期與溫度(T)、起始壓強(qiáng)(p)的關(guān)系如圖所示。T1(填“>”“<”或“=”)T2。T2溫度下,反應(yīng)進(jìn)行到tmin時容器內(nèi)反應(yīng)體系總壓強(qiáng)為kPa。

(5)一定溫度下,向1L恒容密閉容器中充入1molN2和nmolH2合成氨氣。NH3的平衡體積分?jǐn)?shù)與投料比η[η=n(①在a、b、c點中,N2的平衡轉(zhuǎn)化率最大的是(填字母)。

②若b點對應(yīng)體系中,NH3體積分?jǐn)?shù)為19,則該溫度下,平衡常數(shù)K為L2·mol-2答案:(1)N的電負(fù)性較大,NH3分子間形成氫鍵(2)ΔH3=2ΔH1+ΔH2(3)①946②2NH3(g)N2(g)+3H2(g)ΔH=+90kJ·mol-1(4)<150(5)①c②0解析:(2)由蓋斯定律可知③=2×①+②,故ΔH3=2ΔH1+ΔH2。(3)①2N(g)N2(g)ΔH=-(518-45)×2kJ·mol-1=-946kJ·mol-1,故N2的鍵能為946kJ·mol-1。②從圖像看出,NH3(g)相對能量為0,12N2(g)+32H2(g)的相對能量為45kJ·mol-1,故2NH3(g)N2(g)+3H2(g)ΔH=+90kJ·mol-1(4)起始投入反應(yīng)物的量相等,T1溫度下半衰期大于T2,說明T1<T2;在恒溫恒容條件下,氣體壓強(qiáng)之比=物質(zhì)的量之比,對于恒溫恒容密閉容器,氣體總物質(zhì)的量與壓強(qiáng)成正比。初始NH3為0.8mol,反應(yīng)0.4mol時氣體總物質(zhì)的量為1.2mol,對應(yīng)的壓強(qiáng)為p,有0.8mol∶1.2mol=100kPa∶p,解得p=150kPa。(5)①投料比越大,N2平衡轉(zhuǎn)化率越大,故c點轉(zhuǎn)化率最大;②按化學(xué)計量數(shù)投料時氨平衡體積分?jǐn)?shù)最大,故b點時n=3,設(shè)氮氣轉(zhuǎn)化量為xmol,則N2(g)+3H2(g)2NH3(g)起始量/mol 1 3 0變化量/mol x 3x 2x平衡量/mol 1-x 3-3x 2x2x4-2x=19,解得x=0.2,則平衡時體系中氮氣、氫氣、氨氣的濃度分別為0.8mol·L-1、2.4mol·L-1、0.4mol·L-1,故K=5.(2023·湖北卷節(jié)選)納米碗C40H10是一種奇特的碗狀共軛體系。高溫條件下,C40H10可以由C40H20分子經(jīng)過連續(xù)5步氫抽提和閉環(huán)脫氫反應(yīng)生成。C40H20(g)C40H18(g)+H2(g)的反應(yīng)機(jī)理和能量變化如下:回答下列問題:(1)圖示歷程包含個基元反應(yīng),其中速率最慢的是第個。

(2)C40H10納米碗中五元環(huán)和六元環(huán)結(jié)構(gòu)的數(shù)目分別為、。

(3)1200K時,假定體系內(nèi)只有反應(yīng)C40H12(g)C40H10(g)+H2(g)發(fā)生,反應(yīng)過程中壓強(qiáng)恒定為p0(即C40H12的初始壓強(qiáng)),平衡轉(zhuǎn)化率為α,該反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp為(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))。

(4)C·40H19(g)C40H18(g)+H·(g)及C·40H11(g)C40H10(g)+H·(g)反應(yīng)的lnK(K為平衡常數(shù))隨溫度倒數(shù)的關(guān)系如圖所示。已知本實驗條件下,lnK=-ΔHRT+c(R為理想氣體常數(shù),(5)下列措施既能提高反應(yīng)物的平衡轉(zhuǎn)化率,又能增大生成C40H10的反應(yīng)速率的是(填字母)。

a.升高溫度b.增大壓強(qiáng)c.加入催化劑答案:(1)33(2)610(3)α(4)兩個反應(yīng)的化學(xué)鍵變化相似,使得ΔH數(shù)值相近,lnK的斜率取決于ΔH,所以兩條線幾乎平行(5)a解析:(1)基元反應(yīng)是指在反應(yīng)中一步直接轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的反應(yīng),從圖上看包含3個基元反應(yīng),其中第3步活化能最大,故該步反應(yīng)速率最慢。(2)C40H20中有10個六元環(huán)、1個五元環(huán)。從C40H20C40H18,形成一個五元環(huán),從C40H20C40H10需經(jīng)過連續(xù)5步氫抽提和閉環(huán)脫氫反應(yīng),故新形成5個五元環(huán)。故C40H10中有6個五元環(huán)、10個六元環(huán)。(3)起始C40H12為整體1,平衡轉(zhuǎn)化率為α,則:C40H12(g)C40H10(g)+H2(g)起始: 1 0 0轉(zhuǎn)化: α α α平衡: 1-α α α平衡時,C40H12、C40H10、H2的分壓分別為1-α1+αp0、α1+αpKp=p((4)因兩個反應(yīng)的化學(xué)鍵變化相似,使得ΔH數(shù)值相近,lnK的斜率取決于ΔH,所以兩條線幾乎平行。(5)該反應(yīng)是吸熱反應(yīng),升高溫度既可以增大反應(yīng)速率,又能提高平衡轉(zhuǎn)化率,a符合題意;該反應(yīng)是氣體分子數(shù)增大的反應(yīng),增大壓強(qiáng)可以增大反應(yīng)速率,而平衡轉(zhuǎn)化率減小,b錯誤;加入催化劑可以增大反應(yīng)速率,但不影響平衡轉(zhuǎn)化率,c錯誤。6.(2024·遼寧沈陽一模)2023杭州亞運(yùn)會火炬塔燃料首次使用新型燃料——綠色零增碳甲醇,用實際行動向世界展示了我國對碳中和的決心和成果,具體流程如圖。回答下列問題:(1)整個過程只消耗太陽能。H2O和CO2僅充當(dāng)能量的媒介且可實現(xiàn)完美循環(huán),這是典型的人工光合過程,則過程H2O+CO2CH3OH+O2為(填“吸熱”或“放熱”)反應(yīng)。

(2)CO2催化加氫制備甲醇,反應(yīng)如下:主反應(yīng):CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)ΔH1副反應(yīng):CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)ΔH2=+41.2kJ·mol-1下表中數(shù)據(jù)是該反應(yīng)中相關(guān)物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓(ΔfHmθ)(標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓是指在298.15K、100kPa由穩(wěn)定態(tài)單質(zhì)生成1mol化合物時的焓變)。則ΔH1=kJ·mol物質(zhì)H2(g)CO2(g)H2O(g)CH3OH(g)ΔfHmθ/(kJ·mol0-394-242-201(3)探究影響CH3OH合成反應(yīng)化學(xué)平衡的因素,有利于提高CH3OH的產(chǎn)率。CO2的平衡轉(zhuǎn)化率X和CH3OH的選擇性S隨溫度、壓強(qiáng)變化如圖。CH3OH的選擇性=n(CH3A.p1>p2B.恒溫密閉體系中,加壓時副反應(yīng)平衡不移動C.300~350℃曲線變化的原因可能是此時以發(fā)生副反應(yīng)為主D.加入選擇性更好的催化劑,可以提高甲醇的平衡產(chǎn)率E.300℃時,當(dāng)體系中混合氣體的平均摩爾質(zhì)量不再改變,則該體系達(dá)到平衡狀態(tài)(4)在T℃下,恒壓反應(yīng)器中,按初始投料n(CO2)∶n(H2)=1∶1發(fā)生反應(yīng):CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g),初始總壓為2MPa,反應(yīng)平衡后,H2的平衡轉(zhuǎn)化率為60%,則該反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp=(MPa)-2(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))。

(5)一種基于銅基金屬簇催化劑電催化還原CO2制備甲醇的裝置如圖所示。控制其他條件相同,將一定量的CO2通入該電催化裝置中,陰極所得產(chǎn)物及其物質(zhì)的量與電壓的關(guān)系如圖所示。①b電極生成CH3OH的電極反應(yīng)式為

。

②控制電壓為0.8V,電解時轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為mol。

答案:(1)吸熱(2)-49(3)ACE(4)0.5(5)①CO2+6e-+6H+CH3OH+H2O②2.8解析:(1)整個過程只消耗太陽能,H2O和CO2僅充當(dāng)能量的媒介且可實現(xiàn)完美循環(huán),這是典型的人工光合過程,光合過程中太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能(或CH3OH+O2CO2+H2O為放熱反應(yīng)),則過程H2O+CO2CH3OH+O2為吸熱反應(yīng)。(2)CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)ΔH1=[(-201kJ·mol-1)+(-242kJ·mol-1)]-(-394kJ·mol-1)=-49kJ·mol-1。(3)主反應(yīng)的正反應(yīng)氣體分子數(shù)減小,副反應(yīng)反應(yīng)前后氣體分子數(shù)不變,其他條件相同時,增大壓強(qiáng),主反應(yīng)平衡正向移動、CO2的平衡轉(zhuǎn)化率增大,CH3OH的選擇性增大,則p1>p2,A項正確;恒溫密閉體系中,加壓時主反應(yīng)平衡正向移動,CO2、H2物質(zhì)的量減小,副反應(yīng)平衡逆向移動,B項錯誤;300~350℃在不同的壓強(qiáng)下CO2的平衡轉(zhuǎn)化率趨于重合、升高溫度CO2的平衡轉(zhuǎn)化率增大,說明壓強(qiáng)影響不大、升溫平衡正向移動為主,說明此時以發(fā)生副反應(yīng)為主,C項正確;催化劑不能使平衡發(fā)生移動,不能提高甲醇的平衡產(chǎn)率,D項錯誤;該體系中所有物質(zhì)都呈氣態(tài),建立平衡的過程中混合氣體的總質(zhì)量始終不變,混合氣體的總物質(zhì)的量是變量,混合氣體的平均摩爾質(zhì)量是變量,故當(dāng)體系中混合氣體的平均摩爾質(zhì)量不再改變,則該體系達(dá)到平衡狀態(tài),E項正確。(4)設(shè)CO2、H2的初始物質(zhì)的量均為amol。列三段式CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)n(起始)/mol a a 0 0n(轉(zhuǎn)化)/mol 0.2a 0.6a 0.2a 0.2an(平衡)/mol 0.8a 0.4a 0.2a 0.2a平衡時總物質(zhì)的量為1.6amol,平衡時CO2、H2、CH3OH、H2O的分壓依次為1MPa、0.5MPa、0.25MPa、0.25MPa,則該反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp=0.25MPa×(5)①根據(jù)圖示,a電極為陽極,b電極為陰極,b極上生成CH3OH的電極反應(yīng)式為CO2+6e-+6H+CH3OH+H2O。②由圖知,控制電壓為0.8V時,陰極生成0.2molC2H5OH和0.2molH2,陰極的電極反應(yīng)式為2CO2+12e-+12H+C2H5OH+3H2O、2H++2e-H2↑,電解時轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量為0.2mol×12+0.2mol×2=2.8mol。大題突破練(四)有機(jī)合成與推斷綜合題學(xué)生用書P3161.(2024·甘肅二模)化合物M是一種治療抑郁癥和焦慮癥的藥物,某研究小組以化合物Ⅰ為原料合成化合物M的路線如下(部分反應(yīng)條件省略):已知:ⅰ)Ⅰ→Ⅱ的反應(yīng)是原子利用率100%的反應(yīng),且化合物a能使Br2的CCl4溶液褪色;ⅱ)。(1)化合物Ⅰ中含有的官能團(tuán)名稱是。

(2)化合物a的結(jié)構(gòu)簡式為。

(3)下列說法正確的是(填字母)。

A.化合物Ⅱ在水中的溶解度比化合物Ⅰ小B.1mol化合物Ⅰ與濃溴水反應(yīng),最多可以消耗2molBr2C.化合物Ⅳ的分子中最多有7個碳原子共平面D.Ⅲ→Ⅳ的反應(yīng)屬于取代反應(yīng)(4)Ⅵ→Ⅶ的化學(xué)方程式為

。

(5)化合物Ⅷ有多種同分異構(gòu)體,同時符合下列條件的有種,其中核磁共振氫譜有三組峰,且峰面積之比為9∶2∶2的結(jié)構(gòu)簡式為。

ⅰ)含有一個苯環(huán)且苯環(huán)上有兩個取代基;ⅱ)其中一個取代基為硝基。(6)根據(jù)上述信息,寫出以苯酚為原料合成水楊酸(鄰羥基苯甲酸)的路線(可使用本題中出現(xiàn)的有機(jī)試劑,無機(jī)試劑任選)。答案:(1)羥基、醚鍵(2)(3)AD(4)+H2(5)12(6)解析:Ⅰ→Ⅱ的反應(yīng)是原子利用率100%的反應(yīng),且化合物a能使Br2的CCl4溶液褪色,化合物a為,與化合物a發(fā)生加成反應(yīng)得到;根據(jù)信息ⅱ,Ⅲ為,Ⅲ與HCl發(fā)生取代反應(yīng)生成,Ⅳ與CH2CHCN反應(yīng)生成,Ⅴ在酸性條件下水解生成,Ⅵ與氫氣發(fā)生加成反應(yīng)生成,Ⅶ中羧基被氨基取代得到Ⅷ,Ⅷ經(jīng)過一系列變化生成M。(3)A.化合物Ⅰ中含有酚羥基,能與水分子形成分子間氫鍵,化合物Ⅱ在水中的溶解度比化合物Ⅰ小,正確;B.酚羥基的鄰對位均可與溴發(fā)生取代反應(yīng),1mol化合物Ⅰ與濃溴水反應(yīng),最多可以消耗3molBr2,錯誤;C.與苯環(huán)直接相連的原子與苯環(huán)共平面,則醛基碳原子一定與苯環(huán)共平面,醚鍵的O原子與苯環(huán)共平面,單鍵可以旋轉(zhuǎn),則與醚鍵O原子相連的C原子也可能與苯環(huán)共平面,化合物Ⅳ的分子中最多有8個碳原子共平面,錯誤;D.Ⅲ為,與HCl發(fā)生取代反應(yīng)生成,正確。(5)化合物Ⅷ的同分異構(gòu)體滿足,ⅰ)含有一個苯環(huán)且苯環(huán)上有兩個取代基;ⅱ)其中一個取代基為硝基,余下4個飽和碳,丁基有4種,苯環(huán)上硝基的鄰間對位有3種,共有4×3=12種;其中核磁共振氫譜有三組峰,且峰面積之比為9∶2∶2的結(jié)構(gòu)簡式為。(6)根據(jù)上述信息,以Ⅰ到Ⅲ過程為模型,以苯酚為原料先與化合物a發(fā)生加成反應(yīng)得到,再根據(jù)Ⅱ到Ⅲ得到,第三步醛基的氧化條件合理即可(使用O2、銀氨溶液、新制氫氧化銅均可),合成水楊酸(鄰羥基苯甲酸)的路線為。2.(2024·廣西桂林三模)化合物J可用于治療原發(fā)性血小板減少癥、血小板無力癥等,其合成路線如下:回答下列問題:(1)A的化學(xué)名稱是;J中含氧官能團(tuán)的名稱為。

(2)H→J的反應(yīng)類型為。

(3)已知—Ph表示—C6H5,由D生成E的反應(yīng)為D+Ph3PCH2Ph3PO+E,則E的結(jié)構(gòu)簡式是。

(4)F→G的化學(xué)方程式是

。

(5)X是相對分子質(zhì)量比C大14的同系物,滿足下列條件的X的同分異構(gòu)體有種(不考慮立體異構(gòu))。

①屬于芳香族化合物;②能發(fā)生銀鏡反應(yīng)。其中,核磁共振氫譜中有4組峰且峰面積之比為2∶2∶2∶1的結(jié)構(gòu)簡式為(任寫一種)。

(6)參考上述信息,寫出以和Ph3PCHCOOC2H5為原料制備的路線(其他試劑任選)。答案:(1)甲苯羥基、酯基(2)取代反應(yīng)(或酯化反應(yīng))(3)(4)2+O22+2H2O(5)17或(6)解析:A為甲苯,甲苯氧化為B,B發(fā)生取代反應(yīng)得到C,C與環(huán)己烯反應(yīng)得到D,根據(jù)(3)中已知信息,E為,E發(fā)生反應(yīng)得到F,F發(fā)生催化氧化反應(yīng)得到G(),G發(fā)生氧化反應(yīng)得到H,H發(fā)生酯化反應(yīng)得到J。(5)X是相對分子質(zhì)量比C大14的同系物,屬于芳香族化合物說明含苯環(huán),分子中只有1個氧原子,能發(fā)生銀鏡反應(yīng),說明含醛基,滿足條件的結(jié)構(gòu)簡式為、(鄰、間、對3種)、、、(數(shù)字代表氯原子的位置),共17種;其中,核磁共振氫譜中有4組峰且峰面積之比為2∶2∶2∶1的結(jié)構(gòu)簡式為或。(6)苯甲醇氧化為苯甲醛,苯甲醛與Ph3PCHCOOC2H5反應(yīng)得到,經(jīng)過加聚反應(yīng)得到產(chǎn)物,據(jù)此寫出合成路線。3.(2024·廣東佛山質(zhì)檢一)Tapentadol是一種新型止痛藥物,合成其中間體ⅷ的路線如下:回答下列問題:(1)化合物ⅰ的分子式為,含有的官能團(tuán)名稱為。

(2)根據(jù)化合物ⅲ的結(jié)構(gòu)特征,分析預(yù)測其可能的化學(xué)性質(zhì),完成下表。序號反應(yīng)試劑、條件反應(yīng)形成的新物質(zhì)反應(yīng)類型a新制Cu(OH)2、加熱

b

(3)反應(yīng)⑤的方程式可表示為ⅲ+ⅵ→ⅶ+Y,化合物Y的化學(xué)式為。

(4)關(guān)于反應(yīng)⑥的說法中,正確的有。

A.反應(yīng)過程中,有π鍵發(fā)生斷裂B.化合物ⅶ的sp3雜化的原子只有CC.化合物ⅶ所有碳原子一定處于同一平面D.化合物ⅷ只有1個手性碳原子(5)化合物X是ⅱ的同分異構(gòu)體,滿足下列條件的同分異構(gòu)體有種。

a.含有苯環(huán),且苯環(huán)上有兩個側(cè)鏈b.與FeCl3溶液反應(yīng)顯紫色c.1molX與足量Na反應(yīng),生成1molH2(6)以和NaCN為含碳原料,合成化合物?；谀阍O(shè)計的合成路線:①相關(guān)步驟涉及鹵代烴制醇反應(yīng),其化學(xué)方程式為。

②最后一步反應(yīng)中,能與NaHCO3溶液反應(yīng)產(chǎn)生CO2的有機(jī)反應(yīng)物為

(寫結(jié)構(gòu)簡式)。答案:(1)C7H8O2羥基(2)氧化反應(yīng)HCN、催化劑加成反應(yīng)(3)H2O(4)A(5)6(6)①+NaOH+NaCl②解析:(1)由結(jié)構(gòu)簡式可知,化合物ⅰ的分子式為C7H8O2,含有的官能團(tuán)為羥基。(2)a.醛基與新制Cu(OH)2在加熱條件下反應(yīng),反應(yīng)生成的新物質(zhì)為。b.由反應(yīng)形成的新物質(zhì)為可知,化合物ⅲ中的醛基與HCN在催化劑條件下發(fā)生加成反應(yīng)。(3)ⅲ+ⅵ→ⅶ+Y,化學(xué)方程式為++Y,結(jié)合物質(zhì)的結(jié)構(gòu)簡式和反應(yīng)前后原子個數(shù)守恒,可知Y為H2O。(4)反應(yīng)⑥過程中,碳碳雙鍵變?yōu)樘继紗捂I,有π鍵發(fā)生斷裂,A正確;化合物ⅶ的sp3雜化的原子有C、O,B錯誤;化合物ⅶ中碳原子可能處于同一平面,不可能一定處于同一平面,C錯誤;化合物ⅷ含有2個手性碳原子,如圖,D錯誤。(5)化合物X是ⅱ的同分異構(gòu)體,滿足條件:含有苯環(huán),且苯環(huán)上有兩個側(cè)鏈;與FeCl3溶液反應(yīng)顯紫色,則含有酚羥基;1molX與足量Na反應(yīng),生成1molH2,則含有2個羥基。X的苯環(huán)上連有—OH、—CH2CH2OH或—OH、—CHOHCH3,兩組取代基在苯環(huán)上均有鄰、間、對三種位置關(guān)系,因此X共有6種。(6)采用逆推法可知,由和發(fā)生酯化反應(yīng)得到,由水解得到,由水解得到,由和NaCN反應(yīng)得到。①涉及的鹵代烴制醇反應(yīng)的化學(xué)方程式為+NaOH+NaCl。②最后一步反應(yīng)為和的酯化反應(yīng),能與NaHCO3溶液反應(yīng)產(chǎn)生CO2的有機(jī)反應(yīng)物為。4.(2024·遼寧遼陽一模)有機(jī)化合物H為某藥物中間體,一種合成化合物H的路線如圖。已知:Ⅰ.R—X+NaCNR—CN+NaX(R為烴基或H原子,X為鹵素原子,下同)Ⅱ.RCHO++H2OⅢ.+CH2CH2+I2+2HI回答下列問題:(1)A的名稱為,H中含氧官能團(tuán)的名稱為醚鍵、。

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