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热点6 能源化工与化学反应原理【命题规律】本专题的考查点通常是将能源化工与电化学、热化学、化学平衡等问题结合起来考察,综合性比较强,问题有原理的分析、方程式的书写、计算等,考查频率较高,题型多以填空题为主难度中等。考查的核心素养以证据推理与模型认知为主。【备考建议】2020年高考备考的重点是原电池电极方程式的书写,盖斯定律及化学平衡移动的分析和守恒计算。【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)将H2S转化为可再利用的资源是能源研究领域的重要课题。(1)H2S的转化克劳斯法 铁盐氧化法光分解法反应的化学方程式是_。反应:_+ 1 H2S =_Fe2+ + _S + _(将反应补充完整)。反应体现了H2S的稳定性弱于H2O。结合原子结构解释二者稳定性差异的原因:_。(2)反应硫的产率低,反应的原子利用率低。我国科研人员设想将两个反应耦合,实现由H2S高效产生S和H2,电子转移过程如图。过程甲、乙中,氧化剂分别是_。(3)按照设计,科研人员研究如下。首先研究过程乙是否可行,装置如图。经检验,n极区产生了Fe3+,p极产生了H2。n极区产生Fe3+的可能原因:Fe2+ - e- = Fe3+2H2O -4e-=O2 +4H+,_(写离子方程式)。经确认,是产生Fe3+的原因。过程乙可行。光照产生Fe3+后,向n极区注入H2S溶液,有S生成,持续产生电流,p极产生H2。研究S产生的原因,设计如下实验方案:_。 经确认,S是由Fe3+氧化H2S所得,H2S不能直接放电。过程甲可行。(4)综上,反应、能耦合,同时能高效产生H2和S,其工作原理如图。进一步研究发现,除了Fe3+/Fe2+ 外,I3-/I- 也能实现如图所示循环过程。结合化学用语,说明I3-/I- 能够使S源源不断产生的原因:_。【答案】(1) 2Fe3+ 2 1 2H+ O与S位于同主族,原子半径SO,得电子能力SO,非金属性SO,氢化物稳定性H2SO,得电子能力SO,非金属性SO,氢化物稳定性H2S 正反应为气体分子数减小的反应,加压平衡右移,CO的转化率增大,由图知相同温度时P1下CO的转化率大于P2,所以P1大于P2 (4)AC 【详解】(1)由图可知:在膜II测CH4中的C失去电子被氧化为CO,膜I侧氧气、水得到电子,每1molO2反应,得到4个电子,在膜I侧发生的电极反应为:O2+4e-=2O2-,H2O+2e-=H2+O2-,假设O2为1,则N2为4,由于在空气中N2与O2的物质的量之比按4:1,反应后膜I侧所得=3,则反应后得到H2为12,即有12molH2O发生反应产生H2,所以+12可得膜I的总反应式:12H2O+O2 +28e-=12H2 +14O2-;(2)CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g) H2=-49.0kJ/mol,CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g) H3= -41.1 kJ/mol,+,整理可得H2还原CO反应合成甲醇的热化学方程式为:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) H1=-90.1kJ/mol;根据热化学方程式可知:该反应的正反应是气体体积减小的放热反应,H0,S0,根据体系的自由能公式G=H-TS,若反应能自发进行,则GP2,所以压强:P1P2,(4)A.反应是在恒容的密闭容器内进行,由于该反应是气体体积减小的反应,若反应达到平衡,则容器内气体的压强保持不变,A正确;B.在任何时刻都存在:v正(H2)=2v正(CH3OH),若反应达到平衡v正(CH3OH)=v逆(CH3OH),则v正(H2)=2v逆(CH3OH),现在2v正(H2)=v逆(CH3OH),说明反应未处于平衡状态,B错误;C.由于该反应反应前后气体分子数不相等,若混合气体的相对分子质量保持不变,说明气体的物质的量不变,反应达到平衡状态,C正确;D.由于反应混合物都是气体,在任何状态下气体的质量不变,容器的容积不变,因此任何条件下,混合气体的密度都保持不变,故不能据此判断反应是否处于平衡状态,D错误;故合理选项是AC; 2H2(g) +CO(g)CH3OH(g)n始(mol) 4 2 0n10(mol) 2 1 1n平(mol)2 1 1由于反应开始时气体的物质的量是6mol,总压强为P0,则平衡时H2占分压为,CO占分压为,CH3OH占分压为,带入平衡常数表达式Kp=(kPa)-2;反应开始时H2占的分压为,10分钟时占分压为,减少了,所以V(H2)= Pa/min。3.(2019宁夏银川一中高考模拟)研究CO2与CH4的反应使之转化为CO和H2,对减缓燃料危机,减少温室效应具有重要的意义。(1)已知CH4(g)CO2(g)2CO(g)2H2(g) H248kJmol1、S310J mol-1K-1,该反应能自发进行的温度范围为_。(2)在密闭恒容容器中通入物质的量浓度均为0.1 molL1的CH4与CO2,在一定条件下发生反应CH4(g)CO2(g)2CO(g)2H2(g),测得CH4的平衡转化率与温度、压强的关系如图所示。工业生产时一般会选用P4和1250进行合成,请解释其原因_。在压强为P3、1000的条件下,该反应5min时达到平衡点Y,则用CO表示该反应的速率为_,该温度下,反应的平衡常数为_(保留3位有效数字)。(3)CO和H2在工业上还可以通过反应C(s)H2O(g) CO(g)H2 (g)来制取在恒温恒容下,如果从反应物出发建立平衡,可认定已达平衡状态的是_。A体系压强不再变化 BH2、CO和H2O的物质的量之比为1:1:1 C混合气体的密度保持不变 D混合气体中H2O的百分含量保持不变在某体积可变的密闭容器中同时投入四种物质,2min时达到平衡,测得容器中有1mol H2O(g)、1mol CO(g)、2.2molH2(g)和足量的C(s),如果此时对体系加压,平衡向_(填“正”或“逆”)反应方向移动,达到新的平衡后,气体的平均摩尔质量为_。【答案】(1)大于800K (2)较大的压强和温度能加快合成速率,提高生产效率 0.036molL1min1 10.5 (3)ACD 逆 12 g/mol【详解】(1)根据,所以800K;(2)温度越高,反应速率、CH4的平衡转化率都增大,增大压强CH4的平衡转化率降低,但反应速率增大,能提高生产效率,所以工业生产时一般会选用P4和1250进行合成;CH4(g)CO2(g)2CO(g)2H2(g)开始 0.1 0.1 0 0转化 0.09 0.09 0.18 0.18平衡 0.01 0.01 0.18 0.18 0.036molL1min1;10.5(3)A
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