大題突破練2025高考總復(fù)習(xí)優(yōu)化設(shè)計(jì)二輪用書化學(xué)Y課后習(xí)題含答案大題突破練(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(shí),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(shí),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(shí),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(shí)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(jì)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(jià)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(shí)平衡逆向移動(dòng),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(dòng),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(shí)反應(yīng)Ⅳ的平衡正向移動(dòng),CO的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)減小,A錯(cuò)誤;反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí),各物質(zhì)的濃度、含量均不變,則甲醇的分壓不再改變時(shí)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(shí),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(shí)平衡正向移動(dòng),即升溫時(shí)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(cuò)誤。(3)②設(shè)起始時(shí)n(CO2)=1mol、n(H2)=3mol,由圖可知,T溫度平衡時(shí)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(jià)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(gè)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·廣東韶關(guān)綜合測(cè)試二)H2O2是常用的綠色氧化劑,在生產(chǎn)和生活中發(fā)揮著重要的作用。(1)富勒烯C60顆粒對(duì)H2O2液相氧化SO2具有明顯的促進(jìn)效果,該反應(yīng)機(jī)理和能量變化如下:①H2O2液相氧化SO2生成H2SO4的熱化學(xué)方程式為

。

②圖示歷程包含個(gè)基元反應(yīng),寫出決速步驟的化學(xué)方程式:。

③C60間的作用力是。

(2)H2O2可用于工業(yè)上氮氧化物(NOx)的催化氧化,H2O2去除NO的反應(yīng)存在平衡:(ⅰ)H2O2(aq)+NO(g)NO2(g)+H2O(l)(ⅱ)2NO2(g)+H2O2(aq)2HNO3(aq)(ⅲ)2H2O2(aq)+2NO(g)HNO2(aq)+HNO3(aq)+H2O(ⅳ)HNO2(aq)+H2O2(aq)HNO3(aq)+H2O(l)①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.其他條件不變時(shí),溫度越高,NO的轉(zhuǎn)化率越大B.加入催化劑,c(HNO3)與c(HNO2)比值保持不變C.恒溫恒壓下充入Ar,平衡(ⅰ)、(ⅱ)向正反應(yīng)方向移動(dòng)D.增大H2O2的濃度,反應(yīng)(ⅰ)、(ⅱ)、(ⅲ)、(ⅳ)正反應(yīng)速率都增大②一定范圍內(nèi),催化劑光熱協(xié)同輔助H2O2降解NO的去除率變化如圖甲所示,NO去除率最佳的反應(yīng)條件為。

圖甲圖乙(3)過碳酸鈉(2Na2CO3·3H2O2)是碳酸鈉和過氧化氫的加成復(fù)合物。將2Na2CO3·3H2O2置入真空的剛性容器中,升高溫度發(fā)生分解反應(yīng):2Na2CO3·3H2O2(s)2Na2CO3(s)+3H2O(g)+32O2(g),平衡時(shí)pO2-T-1的關(guān)系如圖乙所示。a點(diǎn)時(shí),該反應(yīng)的平衡總壓=kPa,平衡常數(shù)Kp=

(kPa)92(列出算式),Kp隨溫度升高而(填“增大”“減少答案:(1)①H2O2(aq)+SO2(g)H2SO4(aq)ΔH=-98.72kJ·mol-1②3HO*+HOSO2*H2SO4③分子間作用力(或范德華力)(2)①BD②110℃,5%H2O2(3)124.032×8.0解析:(1)①從始態(tài)和終態(tài)看,H2O2液相氧化SO2生成H2SO4,放熱98.72kJ,則熱化學(xué)方程式為H2O2(aq)+SO2(g)H2SO4(aq)ΔH=-98.72kJ·mol-1。②從圖中可以看出,圖示歷程包含3個(gè)基元反應(yīng),其中第三個(gè)基元反應(yīng)的活化能最大,反應(yīng)速率最慢,為決速步驟,化學(xué)方程式為HO*+HOSO2*H2SO4。③C60為分子構(gòu)成的物質(zhì),不能形成分子間的氫鍵,則作用力是分子間作用力(或范德華力)。(2)①其他條件不變時(shí),溫度越高,反應(yīng)物H2O2分解的程度越大,NO的轉(zhuǎn)化率越小,A不正確;加入催化劑,加快反應(yīng)速率,縮短反應(yīng)到達(dá)平衡的時(shí)間,但反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率不受影響,所以c(HNO3)與c(HNO2)比值保持不變,B正確;恒溫恒壓下,充入Ar,相當(dāng)于減小壓強(qiáng),氣態(tài)物質(zhì)的濃度減小,平衡(ⅱ)向逆反應(yīng)方向移動(dòng),從而引起反應(yīng)(ⅰ)向逆反應(yīng)方向移動(dòng),C不正確;增大H2O2的濃度,反應(yīng)(ⅰ)、(ⅱ)、(ⅲ)、(ⅳ)的反應(yīng)物濃度增大,則正反應(yīng)速率都增大,D正確;故選BD。②一定范圍內(nèi),從催化劑光熱協(xié)同輔助H2O2降解NO的去除率變化圖可以看出,NO去除率最佳的反應(yīng)條件為110℃、5%H2O2。(3)從圖中可以看出,a點(diǎn)時(shí),pO2=4.0kPa,則pH2O(g)=8.0kPa,該反應(yīng)的平衡總壓為4.0kPa+8.0kPa=12kPa,平衡常數(shù)Kp=pH2O3·pO232=(8.0kPa)3×(4.0kPa)323.(2024·湖北七市二模)為了實(shí)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(guó)關(guān)注的焦點(diǎn)。回答下列問題: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(jì)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(shí)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(dòng),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(dòng)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(shí)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(jì)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(shí),化學(xué)平衡常數(shù)K=1.8。實(shí)驗(yàn)測(cè)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(shí),k正=k逆;若溫度為T2℃達(dá)到平衡時(shí),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(dòng),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(dòng),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(xiàng)錯(cuò)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(huì)發(fā)生改變,反應(yīng)速率不變,平衡不移動(dòng),CO2轉(zhuǎn)化率不變,B項(xiàng)錯(cuò)誤;移去部分H2O(g),反應(yīng)ⅰ、ⅱ均正向移動(dòng),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(dòng),C項(xiàng)錯(cuò)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(xiàng)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?yàn)榘l(fā)生反應(yīng)ⅰ和ⅱ,達(dá)到平衡時(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(chǔ)氫材料?；卮鹣铝袉栴}:(1)氨的沸點(diǎn)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(shí)間叫作“半衰期”。在恒容密閉容器中充入適量鎢和0.8molNH3,實(shí)驗(yàn)測(cè)得在鎢表面氨氣分解反應(yīng)半衰期與溫度(T)、起始?jí)簭?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(shí)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(diǎn)中,N2的平衡轉(zhuǎn)化率最大的是(填字母)。

②若b點(diǎn)對(duì)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L(zhǎng)2·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(duì)能量為0,12N2(g)+32H2(g)的相對(duì)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(duì)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(shí)氣體總物質(zhì)的量為1.2mol,對(duì)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(diǎn)轉(zhuǎn)化率最大;②按化學(xué)計(jì)量數(shù)投料時(shí)氨平衡體積分?jǐn)?shù)最大,故b點(diǎn)時(shí)n=3,設(shè)氮?dú)廪D(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(shí)體系中氮?dú)?、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(gè)基元反應(yīng),其中速率最慢的是第個(gè)。

(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(shí),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?jí)簭?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(jì)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(shí)驗(yàn)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(gè)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(gè)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(gè)六元環(huán)、1個(gè)五元環(huán)。從C40H20C40H18,形成一個(gè)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(gè)五元環(huán)。故C40H10中有6個(gè)五元環(huán)、10個(gè)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(shí),C40H12、C40H10、H2的分壓分別為1-α1+αp0、α1+αpKp=p((4)因兩個(gè)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(cuò)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(cuò)誤。6.(2024·遼寧沈陽一模)2023杭州亞運(yùn)會(huì)火炬塔燃料首次使用新型燃料——綠色零增碳甲醇,用實(shí)際行動(dòng)向世界展示了我國(guó)對(duì)碳中和的決心和成果,具體流程如圖?；卮鹣铝袉栴}:(1)整個(gè)過程只消耗太陽能。H2O和CO2僅充當(dāng)能量的媒介且可實(shí)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(shí)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(shí)副反應(yīng)平衡不移動(dòng)C.300~350℃曲線變化的原因可能是此時(shí)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(shí),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(jì)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?？刂破渌麠l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(shí)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(gè)過程只消耗太陽能,H2O和CO2僅充當(dāng)能量的媒介且可實(shí)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(shí),增大壓強(qiáng),主反應(yīng)平衡正向移動(dòng)、CO2的平衡轉(zhuǎn)化率增大,CH3OH的選擇性增大,則p1>p2,A項(xiàng)正確;恒溫密閉體系中,加壓時(shí)主反應(yīng)平衡正向移動(dòng),CO2、H2物質(zhì)的量減小,副反應(yīng)平衡逆向移動(dòng),B項(xiàng)錯(cuò)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(dòng)為主,說明此時(shí)以發(fā)生副反應(yīng)為主,C項(xiàng)正確;催化劑不能使平衡發(fā)生移動(dòng),不能提高甲醇的平衡產(chǎn)率,D項(xiàng)錯(cuò)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(xiàng)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(shí)總物質(zhì)的量為1.6amol,平衡時(shí)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(shí),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(shí)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·廣東名校4月聯(lián)考)化合物ⅸ是一種烯丙胺類抗真菌藥物,可用于皮膚淺部真菌感染的治療,它的一種合成路線如下:(1)根據(jù)化合物ⅰ的結(jié)構(gòu)特征,分析預(yù)測(cè)其可能的化學(xué)性質(zhì),完成下表:序號(hào)反應(yīng)試劑、條件反應(yīng)形成的新結(jié)構(gòu)反應(yīng)類型a消去反應(yīng)b催化劑,加熱(2)反應(yīng)①中,化合物ⅰ與有機(jī)化合物x反應(yīng)生成化合物ⅱ,原子利用率為100%,則x為(寫結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式)。

(3)化合物ⅳ中含氧官能團(tuán)的名稱是,反應(yīng)③的類型是。

(4)關(guān)于反應(yīng)⑤的說法不正確的有。

A.反應(yīng)過程中,有C—Cl和C—N斷裂B.反應(yīng)過程中,有C—N和H—Cl的形成C.反應(yīng)物ⅶ中,所有原子可能處于同一平面上D.生成物ⅷ具有堿性,能與稀鹽酸發(fā)生反應(yīng)(5)化合物ⅲ有多種同分異構(gòu)體,其中含CC—CC結(jié)構(gòu)的有種(不考慮立體異構(gòu)),核磁共振氫譜圖上只有兩組峰的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為。

(6)以苯乙烯和乙醛為含碳原料,利用反應(yīng)③的原理,通過四步反應(yīng)合成有機(jī)化合物。基于你設(shè)計(jì)的合成路線,回答下列問題:①從苯乙烯出發(fā),第一步反應(yīng)的化學(xué)方程式為

。

②合成路線中涉及兩步消去反應(yīng),最后一步通過消去反應(yīng)得到產(chǎn)物的化學(xué)方程式為

(注明反應(yīng)條件)。

答案:(1)NaOH的乙醇溶液,加熱HC≡CH加聚反應(yīng)(2)(3)醛基加成反應(yīng)(4)AC(5)7(6)①+Br2②+H2O解析:(1)化合物ⅰ中含有Cl原子,能在氫氧化鈉的乙醇溶液中加熱發(fā)生消去反應(yīng)生成HC≡CH;化合物ⅰ中含有碳碳雙鍵,能在催化劑存在的條件下發(fā)生加聚反應(yīng)生成聚氯乙烯。(2)反應(yīng)①中,化合物ⅰ與有機(jī)化合物x反應(yīng)生成化合物ⅱ,原子利用率為100%,可知反應(yīng)類型為加成反應(yīng),則x為。(3)化合物ⅳ的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為CH2CH—CHO,含氧官能團(tuán)的名稱是醛基,反應(yīng)③是ⅳ中碳氧雙鍵發(fā)生斷裂發(fā)生加成反應(yīng)。(4)反應(yīng)⑤是取代反應(yīng),反應(yīng)過程中,有C—Cl和N—H斷裂,A錯(cuò)誤;反應(yīng)⑤是取代反應(yīng),反應(yīng)過程中含有HCl生成,有C—N和H—Cl的形成,B正確;反應(yīng)物ⅶ中含有飽和碳原子,不可能所有原子處于同一平面上,C錯(cuò)誤;生成物ⅷ含有亞氨基,具有堿性,能與稀鹽酸發(fā)生反應(yīng)生成鹽,D正確;選AC。(5)化合物ⅲ有多種同分異構(gòu)體,其中含CC—CC結(jié)構(gòu)的有、、、、、CH3CH2—CHCH—CHCH2、,共7種。核磁共振氫譜圖上只有兩組峰的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為。(6)苯乙烯和溴水中的溴發(fā)生加成反應(yīng)生成,發(fā)生消去反應(yīng)生成,和乙醛發(fā)生加成反應(yīng)生成,發(fā)生消去反應(yīng)生成。2.(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(cè)其可能的化學(xué)性質(zhì),完成下表。序號(hào)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(gè)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(gè)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(jì)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(jiǎn)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(jiǎn)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(jiǎn)式和反應(yīng)前后原子個(gè)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(cuò)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(cuò)誤;化合物ⅷ含有2個(gè)手性碳原子,如圖,D錯(cuò)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(gè)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(gè)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(duì)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。3.(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、。

(2)C的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為。

(3)E→F的化學(xué)方程式為

。

(4)B有多種同分異構(gòu)體,其中能發(fā)生銀鏡反應(yīng)和水解反應(yīng)的芳香族化合物的同分異構(gòu)體有種(不考慮立體異構(gòu)),核磁共振氫譜有4組峰的同分異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為(任寫一種)。

(5)的合成路線如圖(部分反應(yīng)條件已略去),其中M和N的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式分別為和。

MN答案:(1)對(duì)甲基苯酚或4-甲基苯酚羧基、酮羰基(2)(3)+CH3CHO+NaOH+2H2O(4)14或(5)解析:結(jié)合B、D結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式和C到D反應(yīng)條件,可知C的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為;結(jié)合已知信息Ⅰ和D的結(jié)構(gòu),得E的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為;結(jié)合已知信息Ⅱ和E到F的反應(yīng)條件,得F的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為。(4)B的分子式為C9H10O2,只含2個(gè)氧原子,則B的同分異構(gòu)體中,能發(fā)生銀鏡反應(yīng)和水解反應(yīng)的芳香族化合物屬于甲酸酯(HCOO—R),且含苯環(huán),則:①當(dāng)HCOO—直接與苯環(huán)相連時(shí),若苯環(huán)上有2個(gè)取代基,則另外一個(gè)取代基為乙基(—CH2CH3),此時(shí)有3種結(jié)構(gòu);若苯環(huán)上有3個(gè)取代基,則另外兩個(gè)取代基為2個(gè)甲基,此時(shí)有6種,所以當(dāng)HCOO—直接與苯環(huán)相連時(shí),符合要求的同分異構(gòu)體有9種。②當(dāng)HCOO—間接與苯環(huán)相連時(shí),可能是中標(biāo)有數(shù)字的碳上的氫原子被甲基取代的產(chǎn)物,此時(shí)有4種結(jié)構(gòu);也可能為,則當(dāng)HCOO—間接與苯環(huán)相連時(shí),符合要求的同分異構(gòu)體有5種;綜上,符合條件的B的同分異構(gòu)體有9+5=14種;其中核磁共振氫譜有4組峰的同分異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為或。(5)根據(jù)合成路線圖和已知信息Ⅲ可知,苯酚和發(fā)生取代反應(yīng),M的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為,根據(jù)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式和反應(yīng)條件,可知M和CH3CHO發(fā)生了羥醛縮合反應(yīng),則N的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為。4.(2024·廣東韶關(guān)綜合測(cè)試二)負(fù)載金屬催化劑對(duì)有效提高產(chǎn)率、發(fā)展綠色化學(xué)技術(shù)和有機(jī)合成新方法意義重大。其參與合成化合物Ⅸ的路線如下:(1)化合物Ⅰ的分子式為,化合物Ⅲ中碳原子的雜化軌道類型為。

(2)化合物Ⅱ發(fā)生水解反應(yīng)生成有機(jī)產(chǎn)物的官能團(tuán)名稱為,根據(jù)生成新的有機(jī)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)特征,分析預(yù)測(cè)其可能的化學(xué)性質(zhì),完成下表。

序號(hào)反應(yīng)試劑與條件反應(yīng)形成的新結(jié)構(gòu)反應(yīng)類型①加成反應(yīng)②氧化反應(yīng)(生成有機(jī)產(chǎn)物)(3)下列關(guān)于反應(yīng)⑦說法正確的有(填字母)。

A.該反應(yīng)為原子利用率100%的反應(yīng)B.反應(yīng)過程中,有σ鍵、π鍵的斷裂和形成C.反應(yīng)物Ⅷ的質(zhì)譜圖中最大質(zhì)荷比為171.5D.生成物Ⅸ屬于極性分子,且無手性碳原子(4)在Ⅷ的芳香族同分異構(gòu)體中,其中含—COOH和—Cl結(jié)構(gòu)的有種(不考慮立體異構(gòu)),核磁共振氫譜圖上有4組峰且峰面積之比為2∶2∶1∶1的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為

(寫一種)。

(5)設(shè)計(jì)以和為原料合成。基于你設(shè)計(jì)的合成路線,回答下列問題:①最后一步反應(yīng)中,有機(jī)反應(yīng)物為

(寫結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式)。②相關(guān)步驟涉及鹵代烴制炔烴的反應(yīng),其反應(yīng)類型為。

③從氯苯出發(fā),第一步反應(yīng)的化學(xué)方程式為(注明反應(yīng)條件)。

答案:(1)C7H8sp2(2)羥基H2,Ni、△O2,Cu(或Ag)、△(合理即可)(3)CD(4)17或或(5)①和②消去反應(yīng)③+HNO3+H2O解析:(1)化合物Ⅰ是甲苯,分子式為C7H8;化合物Ⅲ中,苯環(huán)和碳碳雙鍵上的碳原子的雜化軌道類型均為sp2。(2)化合物Ⅱ發(fā)生水解反應(yīng)生成,含有官能團(tuán)名稱為羥基。含有苯環(huán),在Ni作催化劑的條件下與H2發(fā)生加成反應(yīng)生成;含有羥基,在銅(或銀)作催化劑并加熱的條件下發(fā)生催化氧化反應(yīng)生成苯甲醛()。(3)反應(yīng)⑦有Ⅸ和氯化鈉生成,所以該反應(yīng)的原子利用率小于100%,A錯(cuò)誤;反應(yīng)過程中,沒有π鍵的斷裂和形成,B錯(cuò)誤;反應(yīng)物Ⅷ的分子式為C7H6NO2Cl,相對(duì)分子質(zhì)量為171.5,質(zhì)譜圖中最大質(zhì)荷比為171.5,C正確;生成物Ⅸ屬于極性分子,無手性碳原子,D正確;選CD。(4)在Ⅷ的芳香族同分異構(gòu)體中,含—COOH和—Cl,苯環(huán)上可能有1個(gè)取代基,有1種結(jié)構(gòu);苯環(huán)上可能有2個(gè)取代基—NHCOOH和—Cl或—COOH和—NHCl,有6種結(jié)構(gòu);苯環(huán)上可能有3個(gè)取代基—COOH、—Cl、—NH2,有10種結(jié)構(gòu),因此符合條件的結(jié)構(gòu)有17種。核磁共振氫譜圖上有四組峰且峰面積之比為2∶2∶1∶1的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為或或。(5)結(jié)合題中合成過程可知,發(fā)生消去反應(yīng)生成HC≡C—CH3,HC≡C—CH3和NaN3反應(yīng)生成;發(fā)生硝化反應(yīng)生成;和反應(yīng)生成。①根據(jù)以上分析可知,最后一步的反應(yīng)物是和。②相關(guān)步驟涉及鹵代烴制炔烴的反應(yīng)是發(fā)生消去反應(yīng)生成HC≡C—CH3,其反應(yīng)類型為消去反應(yīng)。③從氯苯出發(fā),第一步反應(yīng)為發(fā)生硝化反應(yīng)生成,化學(xué)方程式為+HNO3+H2O。5.(2024·廣東茂名高州三模)化合物M是一種功能高分子材料。實(shí)驗(yàn)室由A制備M的一種合成路線如下:A