《2025年天利38套五年真题高考试题分类化学》

4.【模块融合】(2024·安徽卷,15分)乙烯是一种用途广泛的有机化工原料。由乙烷制乙烯的研究备受关注。回答下列问题:
【乙烷制乙烯】
(1)${C_{2}H_{6}}$氧化脱氢反应:
${2C_{2}H_{6}(g) + O_{2}(g)\xlongequal{}2C_{2}H_{4}(g) + 2H_{2}O(g)}$ $\Delta H_{1} = -209.8\ kJ/mol$
${C_{2}H_{6}(g) + CO_{2}(g)\xlongequal{}C_{2}H_{4}(g) + H_{2}O(g) + CO(g)}$ $\Delta H_{2} = 178.1\ kJ/mol$
计算:${2CO(g) + O_{2}(g)\xlongequal{}2CO_{2}(g)}$ $\Delta H_{3} =$_______$kJ/mol$
(2)${C_{2}H_{6}}$直接脱氢反应为${C_{2}H_{6}(g)\xlongequal{}C_{2}H_{4}(g) + H_{2}(g)}$ $\Delta H_{4}$,${C_{2}H_{6}}$的平衡转化率与温度和压强的关系如图所示,则$\Delta H_{4}$_______(填“$＞$”“$＜$”或“$=$”)0。结合图示,下列条件中,达到平衡时转化率最接近$40\%$的是_______(填标号)。

a. $600\ ^{\circ}C$,$0.6\ MPa$
b. $700\ ^{\circ}C$,$0.7\ MPa$
c. $800\ ^{\circ}C$,$0.8\ MPa$
(3)一定温度和压强下,反应ⅰ ${C_{2}H_{6}(g)⇌ C_{2}H_{4}(g) + H_{2}(g)}$ $K_{x1}$
反应ⅱ ${C_{2}H_{6}(g) + H_{2}(g)⇌ 2CH_{4}(g)}$ $K_{x2}$($K_{x2}$远大于$K_{x1}$)($K_{x}$是以平衡物质的量分数代替平衡浓度计算的平衡常数)
①仅发生反应ⅰ时,${C_{2}H_{6}}$的平衡转化率为$25.0\%$。计算$K_{x1} =$_______。
②同时发生反应ⅰ和ⅱ时,与仅发生反应ⅰ相比,${C_{2}H_{4}}$的平衡产率_______(填“增大”“减小”或“不变”)。
【乙烷和乙烯混合气的分离】
(4)通过${Cu^{+}}$修饰的$Y$分子筛的吸附-脱附,可实现${C_{2}H_{4}}$和${C_{2}H_{6}}$混合气的分离。${Cu^{+}}$的_______与${C_{2}H_{4}}$分子的$\pi$键电子形成配位键,这种配位键强弱介于范德华力和共价键之间。用该分子筛分离${C_{2}H_{4}}$和${C_{2}H_{6}}$的优点是_______。
(5)常温常压下,将${C_{2}H_{4}}$和${C_{2}H_{6}}$等体积混合,以一定流速通过某吸附剂,测得两种气体出口浓度($c$)与进口浓度($c_{0}$)之比随时间变化关系如图所示。下列推断合理的是_______(填标号)。

A. 前$30\ min$,两种气体均未被吸附
B. $p$点对应的时刻,出口气体的主要成分是${C_{2}H_{6}}$
C. $a\sim b$对应的时间段内,吸附的${C_{2}H_{6}}$逐渐被${C_{2}H_{4}}$替代

答案： 4.(15分)
(1)-566
(2)$＞$ b
(3)①0.067(或$\frac{1}{15}$) ②增大
(4)4s空轨道 对$C_{2}H_{4}$吸附性高，易脱附
(5)BC
【解析】化学反应原理综合应用
(1)根据盖斯定律，$\Delta H_{3}=\Delta H_{1}-2\Delta H_{2}=(-209.8 - 2×178.1)kJ/mol=-566kJ/mol$。
(2)根据图像可知压强相同时，温度越高$C_{2}H_{6}$平衡转化率越高，说明升温平衡正向移动，反应吸热，$\Delta H_{4}＞0$；观察图像可知，$700^{\circ}C$，0.7MPa时，平衡转化率介于20%\~50%之间，且偏向50%，因此达到平衡时转化率最接近40%的为b项。
(3)①若仅发生反应Ⅰ，假设$C_{2}H_{6}$起始量为1mol，可列三段式：
$C_{2}H_{6}(g)\rightleftharpoons C_{2}H_{4}(g)+H_{2}(g)$
起始/mol 1 0 0
转化/mol 0.25 0.25 0.25
平衡/mol 0.75 0.25 0.25
$n_{总}=(0.75 + 0.25 + 0.25)mol = 1.25mol$，$K_{x1}=\frac{\frac{0.25mol}{1.25mol}×\frac{0.25mol}{1.25mol}}{\frac{0.75mol}{1.25mol}}\approx0.067$。②两反应相加可得$2C_{2}H_{6}(g)\rightleftharpoons C_{2}H_{4}(g)+2CH_{4}(g)$，$K_{x}=K_{x1}× K_{x2}$，K值较大，故$C_{2}H_{4}$的平衡产率接近50%，所以$C_{2}H_{4}$的平衡产率增大。
(4)$Cu^{+}$的价电子排布为$3d^{10}$，4s轨道为空轨道，因此形成配位键用4s空轨道。
(5)由图可知前30min，出口浓度与进口浓度之比接近0，说明气体几乎全部被吸附，A错误；p点时$C_{2}H_{6}$的出口浓度远高于$C_{2}H_{4}$的出口浓度，所以出口气体的主要成分为$C_{2}H_{6}$，B正确；a\~b阶段，$C_{2}H_{6}$对应的$\frac{c}{c_{0}}＞1$时为解吸附过程，a点后一段时间，$C_{2}H_{4}$的$\frac{c}{c_{0}}$仍为0，说明吸附的$C_{2}H_{6}$逐渐被$C_{2}H_{4}$替代，p点到b点之间，吸附的$C_{2}H_{6}$仍被$C_{2}H_{4}$替代但是速率减小，吸附剂可能因为吸附量有限等原因，无法一直吸附$C_{2}H_{4}$，b点时两种物质对应的$\frac{c}{c_{0}}=1$，此时吸附剂不再吸附两种物质，即a\~b时间段吸附的$C_{2}H_{6}$逐渐被$C_{2}H_{4}$替代，C正确。

5.【模块融合】(2022·辽宁卷,13分)工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破,目前已有三位科学家因其获得诺贝尔奖,其反应为:${N_{2}(g) + 3H_{2}(g)⇌ 2NH_{3}(g)}$ $\Delta H = -92.4\ kJ/mol$ $\Delta S = -200\ J/(K·mol)$
回答下列问题:
(1)合成氨反应在常温下_______(填“能”或“不能”)自发。
(2)_______(填“高”或“低”,下同)温有利于提高反应速率,_______温有利于提高平衡转化率,综合考虑催化剂(铁触媒)活性等因素,工业常采用$400\sim 500\ ^{\circ}C$。
针对反应速率与平衡产率的矛盾,我国科学家提出了两种解决方案。
(3)方案一:双温-双控-双催化剂。使用${Fe-TiO_{2 - x}H_{y}}$双催化剂,通过光辐射产生温差(如体系温度为$495\ ^{\circ}C$时,${Fe}$的温度为$547\ ^{\circ}C$,而${TiO_{2 - x}H_{y}}$的温度为$415\ ^{\circ}C$)。

下列说法正确的是_______。
a. 氨气在“冷${Ti}$”表面生成,有利于提高氨的平衡产率
b. ${N\equiv N}$在“热${Fe}$”表面断裂,有利于提高合成氨反应速率
c. “热${Fe}$”高于体系温度,有利于提高氨的平衡产率
d. “冷${Ti}$”低于体系温度,有利于提高合成氨反应速率
(4)方案二:${M-LiH}$复合催化剂。

下列说法正确的是_______。
a. $300\ ^{\circ}C$时,复合催化剂比单一催化剂效率更高
b. 同温同压下,复合催化剂有利于提高氨的平衡产率
c. 温度越高,复合催化剂活性一定越高
(5)某合成氨速率方程为:$v = kc^{\alpha}({N_{2}})· c^{\beta}({H_{2}})· c^{\gamma}({NH_{3}})$,根据表中数据,$\gamma =$_______;

在合成氨过程中,需要不断分离出氨的原因为_______。
a. 有利于平衡正向移动
b. 防止催化剂中毒
c. 提高正反应速率
(6)某种新型储氢材料的晶胞如图,八面体中心为${M}$金属离子,顶点均为${NH_{3}}$配体;四面体中心为硼原子,顶点均为氢原子。若其摩尔质量为$188\ g/mol$,则${M}$元素为_______(填元素符号);在该化合物中,${M}$离子的价电子排布式为_______。

答案： 5.(13分)
(1)能
(2)高 低
(3)ab
(4)a
(5)-1 ac
答61
【解析】化学反应速率与化学平衡及其影响因素、晶胞的组成及计算
(1)根据题意可知，合成氨反应为放热、熵减小的反应，该反应的自发性的判据$\Delta G=\Delta H - T\Delta S=-92.4kJ/mol - T×(-200)J/(K·mol)$，$\Delta G＜0$时，反应自发，可推出该反应在常温下能自发进行。
(2)温度升高，反应速率加快，平衡向吸热方向移动，故高温有利于提高反应速率，低温有利于提高平衡转化率。
(3)根据题意，合成氨反应为放热反应，故温度降低，平衡向正反应方向移动，平衡转化率增大，有利于提高氨的平衡产率，故氨气在“冷Ti”表面生成，有利于提高氨的平衡产率，a正确；$N\equiv N$在“热Fe”催化下加速断裂，故有利于提高合成氨反应速率，b正确；合成氨反应的正反应为放热反应，温度升高，平衡向逆反应方向移动，“热Fe”高于体系温度，不利于提高氨的平衡产率，c错误；温度降低，反应速率减小，所以“冷Ti”低于体系温度，不利于提高合成氨反应速率，d错误；故选ab。
(4)观察题目所给催化剂影响反应速率的图示可知，$300^{\circ}C$时含有LiH复合催化剂比单一催化剂的效率更高，a正确；催化剂只改变反应速率，不能改变平衡转化率，b错误；温度过高，催化剂的活性可能会降低，因此温度越高，复合催化剂的活性不一定越高，c错误。
(5)根据速率方程，将实验1和实验3的数据代入可得，$\frac{v_{3}}{v_{1}}=\frac{c^{3}_{3}(NH_{3})}{c^{3}_{1}(NH_{3})}=0.1^{7}=10$，$\gamma=-1$；合成氨过程中不断分离出氨气的原因是降低生成物的浓度，使平衡正向移动，a正确；氨气是反应产物，不会使催化剂中毒，b错误；从题干的速率方程和$\gamma$的值，即可得出氨气浓度减小可以增大正反应速率，c正确。
(6)由晶胞结构可知，八面体微粒位于顶点和面心，每个晶胞中含有八面体微粒的数目为$8×\frac{1}{8}+6×\frac{1}{2}=4$，四面体微粒位于晶胞体内，每个晶胞含有8个四面体微粒，二者个数比为1:2，故该晶体的化学式为$M(NH_{3})_{6}(BH_{4})_{2}$，摩尔质量为188g/mol，则M的相对原子质量为$188 - 14×6 - 18 - 11×2 - 8=56$，故M元素为Fe；每个四面体微粒含有1个B原子和4个氢原子，B为+3价，H为-1价，故四面体微粒为$[BH_{4}]^{-}$，则八面体微粒为$[M(NH_{3})_{6}]^{2+}$，化合物中铁为+2价，铁为26号元素，价层电子排布式为$3d^{6}4s^{2}$，失去4s轨道上的2个电子后得到$Fe^{2+}$，故$Fe^{2+}$的价层电子排布为$3d^{6}$。