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大题优练 7 以元素性质为主线串联反应原理
优 选 例 题
例：FeSO 是一种补血剂，常温下久置易变黄，一般认为是二价铁被氧化为三价铁的缘故。
4
（1）已知：①Fe2+(aq)-e−=Fe3+(aq) ΔH=a kJ/mol
1
②O (g)+4e−+4H+(aq)=2H O(l) ΔH=b kJ/mol
2 2 2
则FeSO 在酸性溶液中变质的热化学方程式为_______________________。
4
常温下，配制浓度为0.1mol/L的FeSO 溶液，研究不同pH对Fe2+氧化的影响，结果如下图所示，（假设
4
反应过程中溶液体积不变）。
（2）在pH=5.5的环境下，该反应在0～15min的平均速率v（Fe2+）=_______；增大溶液pH，Fe2+被氧化
速率_______（填“增大”、“减小”或“无影响”）。
（3）在平衡常数的计算中气态物质常以压强代替其浓度，Fe2+在酸性环境下氧化的平衡常数K的计算表
达式是______；常温下该反应的平衡常数很大，为2.5×1032L4/(atm∙mol4)，下列说法正确的是_______。
a．Fe2+转化为Fe3+的趋势大 b．Fe2+转化为Fe3+的速率大
c．反应进行得较为彻底 d．酸性条件下Fe2+不会被氧化
（4）在pH=13的环境下，Fe2+的氧化变质可以理解为：
第一步：Fe2++2OH−=Fe(OH) ，第二步_____________（用化学方程式回答）；当氧化达到平衡时，
2
c(Fe2+)/c(Fe3+)_____4.0×1022（填“>”“<”或“=”）。已知的K [Fe(OH) ]=2.5×10−39，K [Fe(OH) ]=1.0×10−15。
sp 3 sp 2
（5）根据上述分析，配制FeSO 溶液的正确方法是加入适量的铁粉和_________。
4
【答案】（1）4Fe2+(aq)+O (g)+4H+(aq)=4Fe3+(aq)+2H O(l) ΔH=（4a+b）kJ/mol
2 2
（2）0.004mol/(L∙min) 增大（3）c4(Fe3+)/c4(Fe2+)∙c4(H+)∙p(O ) ac
2
（4）4Fe(OH) +O +2H O=4Fe(OH) =
2 2 2 3
（5）HSO
2 4
【解析】（1）①Fe2+(aq)-e−= Fe3+(aq) ΔH=a kJ/mol
1
②O (g)+4e−+4H+(aq)=2H O(l) ΔH=b kJ/mol
2 2 2
根据盖斯定律，①×4+②可得，4Fe2+(aq)+O (g)+4H+(aq)=4Fe3+(aq)+2H O(l) ΔH=（4a+b）kJ/mol，故答案
2 2
为 4Fe2+(aq)+O (g)+4H+(aq)=4Fe3+(aq)+2H O(l) ΔH= （ 4a+b ） kJ/mol 。 （ 2 ）
2 2
v(Fe2+)=(0.1mol/L×60%)/15min=0.004
mol/(L∙min)，根据图示分析，增大溶液pH，Fe2+氧化率增大，所以Fe2+被氧化速率增大，故答案为0.004mol/
(L∙min)；增大。（3）根据4Fe2+(aq)+O (g)+4H+(aq)=4Fe3+(aq)+2H O(l)，可知Fe2+在酸性环境下氧化的平衡常
2 2
数K=c4(Fe3+)/c4(Fe2+)∙c4(H+)∙p(O )；a．因为常温下该反应的平衡常数很大，故Fe2+转化为Fe3+的趋势大，a故
2
正确；b．K值越大，表示反应进行得越完全，故b错误；c．K值越大，表示反应进行得越完全，越彻底，
故c正确；d．在酸性条件下Fe2+会被氧化，故d错误；故答案为c4(Fe3+)/c4(Fe2+)∙c4(H+)∙p(O )；ac。（4）在
2
pH=13的环境下，Fe2++2OH−=Fe(OH) ，接着Fe(OH) 被空气中的氧气氧化为Fe(OH) ，反应的化学方程式为：
2 2 3
4Fe(OH) +O +2H O=4Fe(OH) ； 根 据 pH=13 ， 可 知 c(OH−)=10−1mol/L ，
2 2 2 3
K [Fe(OH) ]=2.5×10−39=c(Fe3+)∙c3(OH−) ， c(Fe3+)=2.5×10−36 ， K [Fe(OH) ]=1.0×10−15=c(Fe2+)c2(OH−) ，
sp 3 sp 2
c(Fe2+)=1.0×10−13，c(Fe2+)/c(Fe3+)=1.0×10−13/2.5×10−36
=4.0×1022，故答案为4Fe(OH) +O +2H O=4Fe(OH) ；=。（5）由于Fe2+在酸性环境下易被氧化为Fe3+，在碱
2 2 2 3
性环境中易被氧化成 Fe(OH) ，所以配制 FeSO 溶液的正确方法是加入适量的铁粉和 HSO ，故答案为
3 4 2 4
HSO 。
2 4模 拟 优 练
1．环戊二烯( )是重要的有机化工原料，广泛用于农药、橡胶、塑料等生产。回答下列问题：
(1)某温度，等物质的量的碘和环戊烯( )在刚性容器内发生反应 (g)+I(g)= (g)+2HI(g) ΔH＞
2
0，起始总压为 105Pa，平衡时总压增加了 20%，环戊烯的转化率为_________，该反应的平衡常数
K=________Pa。达到平衡后，欲增加环戊烯的平衡转化率，可采取的措施有___________(填标号)。
p
A．通入惰性气体 B．提高温度 C．增加环戊烯浓度 D．增加碘浓度
(2)环戊二烯容易发生聚合生成二聚体，该反应为可逆反应。不同温度下，溶液中环戊二烯浓度与反应时
间的关系如图所示，下列说法正确的是___________(填标号)。
A．T＞T
1 2
B．a点的反应速率小于c点的反应速率C．a点的正反应速率大于b点的逆反应速率
D．b点时二聚体的浓度为0.45mol·L−1
2．CO 的回收与利用是科学家研究的热点课题。
2
(1)由CO 转化为羧酸是CO 资源化利用的重要方法。在催化作用下CO 和CH 合成CHCOOH的化学方程
2 2 2 4 3
式为_______________________。在合成CHCOOH的反应中，下列有关说法正确的是_______。(填字母)
3
A．利用催化剂可以使反应的平衡常数增大
B．CH→CHCOOH过程中，有C-H键发生断裂
4 3
C．有22.4L CH 参与反应时转移4mol电子
4
D．该反应为放热反应
(2)CO 和H 合成甲醇也是CO 资源化利用的重要方法。测得平衡时甲醇产率与反应温度、压强的关系如
2 2 2
图所示。
①若H(g)和CHOH(l)的燃烧热分别为285.8kJ·mol−1和726.5kJ·mol−1，则由CO 和H 生成液态甲醇和液态
2 3 2 2
水的热化学方程式为_________________。此反应的活化能Ea _______Ea (填“>”或“<”)，该反应应选择
(正) (逆)
_______高效催化剂(填“高温”或“低温”)。
②下列措施能使CO 的平衡转化率提高的是_______(填序号)。
2
A．增大压强 B．升高温度
C．增大H 与CO 的投料比 D．改用更高效的催化剂
2 2
③200℃时，将0.100mol CO 和0.200mol H 充入1L密闭容器中，在催化剂作用下反应达到平衡。若平衡
2 2
时CO 的转化率为50%，则此温度下该反应的平衡常数K=_______(已知CHOH的沸点为64.7℃)。
2 3(3)可利用电解的方法将CO 转化为CHOH，请写出在酸性条件下的阴极反应式_______。
2 3
3．亚硝酰氯(NOCl)是有机合成中的重要试剂，氮氧化物与悬浮在大气中的海盐粒子相互作用时会生成亚硝
酰氯，涉及如下反应：
I． ΔH；K
1 1
II． ΔH；K
2 2
Ⅲ． 2NOCl ΔH；K
3 3
(1)ΔH=___(用ΔH 和ΔH 表示)，K=___(用K 和K 表示)。
3 1 2 3 1 2
(2)①在恒容密闭容器中进行的反应II、III，下列说法中，正确的是 (填标号)。
a．反应体系中混合气体的颜色保持不变，说明反应II、III均达到平衡状态
b．ΔH 和ΔH 不再变化，可以作为反应II和III达到平衡状态的标志
2 3
c．同等条件下，反应II的速率远远大于反应III，说明反应II的活化能小，ΔH＜ΔH
2 3
d．达平衡后，向反应体系中再通入一定量NOCl(g)，NO (g)和NO(g)的百分含量均增大
2
②平衡后，向反应体系中充入少量O ，再次平衡时，NO 的转化率将___(填“增大”、“减小”或“不
2 2
变”)。
(3)保持恒温恒容条件，将物质的量之和为 3mol的NO和Cl 以不同的氮氯比 进行反应Ⅲ(ΔH ＜
2 3
0)，平衡时某反应物的转化率与氮氯比及不同温度的关系如图所示：①图中T 、T 的关系为T___T(填“>”、“<”或“=”)图中纵坐标为___的转化率；图中A、B、C三点对
1 2 1 2
应的NOCl体积分数最大的是____(填“A”、“B”或“C”)。
②若容器容积为1L，经过10min到达A点，该时间段内化学反应速率v(NO)=__________。
③若在温度为T ，容积为1L的容器中，充入0.5mol NO、1mol Cl 、2mol NOCl，此时平衡将向___移动
1 2
(填“左”、“右”或“不移动”)。
4．甲醇是重要的化工原料。利用CO 和H 在催化剂的作用下合成甲醇，可能发生的反应如下：
2 2
反应Ⅰ：CO(g)+3H(g) CHOH(g)+H O(g) ΔH=-49.0kJ·mol−1
2 2 3 2 1
反应Ⅱ：CO(g)+H(g) CO(g)+HO(g) ΔH=+41.2kJ·mol−1
2 2 2 2
(1)在某催化剂作用下，CO 和H 除发生反应Ⅰ外，还发生反应Ⅱ。维持压强不变，按固定初始投料比将
2 2
CO 和H 按一定流速通过该催化剂，经过相同时间测得实验数据：
2 2
CO 实际转化率(%) 甲醇选择性(%)
2
543 12.3 42.3
553 15.3 39.1
注：甲醇的选择性是指发生反应的CO 中转化为甲醇的百分比。
2
表中数据说明，升高温度，CO 的实际转化率提高而甲醇的选择性降低，其原因是：___________。
2
(2)我国科学家研究了不同反应温度对含碳产物组成的影响。在反应器中按 n(H )∶n(CO)=3∶1通入H 和
2 2 2
CO，分别在0.1MPa和1MPa下进行反应。试验中温度对平衡组成中的CO和CHOH的影响如下图所示。
2 3①1MPa时，表示CO和CHOH平衡组成随温度变化关系的曲线分别是___________、___________。M点
3
平衡组成含量高于N点的原因是___________。
②当CO和CHOH的平衡物质的量分数都为0.1时，该温度下反应Ⅱ的平衡常数 为：___________。
3
(对于气相反应，用某组分B的平衡压强 代替物质的量浓度 也可表示平衡常数，记作 ，如
，p为平衡总压强， 为平衡系统中B的物质的量分数)。
(3)我国科学家利用计算机模拟计算，分别研究反应Ⅲ：
(硫酸氢甲酯)在无水和有水条件下的反应历程，如图所示，
其中分子间的静电作用力用“…”表示。
①水将反应Ⅲ的最大活化能由___________ 降为___________ 。
②d到f转化的实质为质子转移，该过程断裂的化学键为___________(填标号)。
A．CHOH中的氢氧键 B．CHOH中的碳氧键
3 3
C．HO中的氢氧键 D．SO 中的硫氧键
2 3
5．氯化法制备TiCl 的工艺为：800℃时，向15L容器中加入5mol TiO 与15mol碳粉，通入10mol Cl 进行反
4 2 2
应，生成TiCl 气体，经过处理得到TiCl 成品。反应容器内发生以下两个反应：
4 4
反应I：TiO(s)+2Cl(g)+2C(s) TiCl(g)+2CO(g) ΔH=-48kJ·mol−1
2 2 4
反应II：TiO(s)+2Cl(g)+2CO(g) TiCl(g)+2CO (g) ΔH=-210kJ·mol−1
2 2 4 2
回答下列问题：(1)TiO(s)+2Cl(g)+C(s) TiCl(g)+CO (g)的ΔH=___________kJ·mol−1。
2 2 4 2
(2)800℃时，不同时间测得混合体系内各物理量如下表所示：
t/min 10 20 30 40
n(Cl )/mol 6 2.5 1 1
2
n(C)/mol 12 10 9 9
p(CO)∶p(CO) 2∶1 1∶1 1∶1 1∶1
2
①起始总压强为 6MPa，10min 时，体系总压强 P =___________MPa；反应开始至 20min 时，
10min
v(TiCl)=___________MPa·min−1。
4
②30min时，C的转化率为___________；40min时，反应II的K =___________MPa−1。
P
(3)向混合体系中加入少量FeCl ，TiO 的氯化速率明显提高，同时测得CO含量明显高于CO ，则FeCl 改
3 2 2 3
变的是反应___________(填“I”或“II”)的反应历程。
(4)我国科研工作者利用TiCl 和MgN 制备高硬度物质TiN，可能发生a和b反应。其对应的吉布斯自由
4 3 2
能(ΔG=ΔH-TΔS)与温度(200~700℃)的关系如图所示，分析可得更易发生___________(填“a”或“b”)反应。
反应a：MgN(s)+2TiCl(g)=2TiN(s)+3MgCl(s)+Cl(g)
3 2 4 2 2
反应b：MgN(s)+ TiCl(g)= TiN+3MgCl+ N(g)
3 2 4 2 2答 案 与 解 析
模拟优练
1.【答案】（1）40% 3.56×104 BD
（2）CD
【解析】(1)设容器中起始加入I(g)和环戊烯的物质的量均为a，平衡时转化的环戊烯的物质的量为x，列
2
出三段式：
C H(g) + I (g) C H(g) + 2HI(g)
5 8 2 5 6恒温恒容时，压强之比等于气体物质的量之比，平衡时总压强增加了 20%，则 ，
解得x=0.4a，则环戊烯的转化率为 40%，平衡时 (g)、I(g)， (g)、HI(g)的分压分别为
2
、 、 、 ，则 K= ，根据 p =1.2×105Pa，可得 K=
p 总 p
×1.2×105Pa≈3.56×104Pa；通入惰性气体，对反应的平衡无影响，环戊烯的平衡转化率不变，故 A不符合题意；
反应为吸热反应，提高温度，平衡正向移动，可提高环戊烯的平衡转化率，故B符合题意；增加环戊烯浓度，
平衡正向移动，能提高I(g)的平衡转化率，但环戊烯的平衡转化率降低，故C不符合题意；增加I(g)的浓度，
2 2
平衡正向移动，能提高环戊烯的平衡转化率，故D符合题意。(2)A．相同时间内，环戊二烯浓度减小量越大，
反应速率越快，由图可知，T ＜T ，故A错误；B．影响反应速率的因素有温度和环戊二烯的浓度等，a点时
1 2
温度较低，但环戊二烯浓度较大，c点时温度较高，但环戊二烯浓度较小，故无法比较a点和c点的反应速率
大小，故B错误；C．a点和b点温度相同，a点时环戊二烯的浓度大于b点时环戊二烯的浓度，即a点的正
反应速率大于b点的正反应速率，因为b点时反应未达到平衡，b点的正反应速率大于逆反应速率，故a点的
正反应速率大于b点的逆反应速率，故C正确；D．b点时，环戊二烯的浓度减小0.9mol·L−1，结合生成的二
聚体浓度为环戊二烯浓度变化量的 ，可知二聚体的浓度为0.45mol·L−1，故D正确。
2.【答案】（1）CO+CH =====CHCOOH BD
2 4 3
（2）CO(g)+3H(g)=CH OH(g)+H O(l) ΔH=-130.9kJ·mol−1 ＜ 低温 AC 400
2 2 3 2
（3）CO+6e−+6H+=CH OH+H O
2 3 2
【解析】(1)根据反应物生成物可直接得出答案为CO+CH =====CHCOOH；A中平衡常数只与温度有关，
2 4 3
催化剂不能改变平衡常数，A错误；CH 有C-H键发生断裂形成甲基，B正确；C未说明温度压强，C错误；
4
该反应是熵减的反应，反应能发生，则 <0，可得出ΔH<0，故该反应为放热反应，D正确。(2)①由H(g)和CHOH(l)的燃烧热分别为 285.8kJ·mol−1和726.5kJ·mol−1可得出式①H(g)+1/2O (g)=HO(l)
2 3 2 2 2
ΔH=-285.8kJ·mol−1和式②CHOH(l)+3/2O(g)=CO (g)+2HO(l) ΔH=-726.5kJ·mol−1；3 ①-②即可得出CO(g)
3 2 2 2 2
+3H (g)=CH OH(g)+H O(l) ΔH=-130.9kJ·mol−1，ΔH=Ea -Ea ＜0可得出Ea
