2023年高考化学一模试题分项汇编 江苏18 化学反应原理综合题（原卷版）

专题18化学反应原理综合题

1.(2023•江苏省南通市•统考一模)化学需氧量(COD)是指用强氧化剂将1L废水中的还原性物质氧化为

二氧化碳和水所消耗的氧化剂的量，并换算成以。2为氧化剂时所消耗。2的质量。水体COD值常作为水

体中有机污染物相对含量的综合指标之一、FentomFe?+/H?。?)法能产生Fe?+和具有强氧化性的羟基自由

基(QH)引发一系列链式反应，被广泛应用于有机废水的治理。

(1)羟基自由基(QH)的电子式为»

(2)分别取初始pH=4、COD=80的废水200mL,加入200mLH2O2,改变起始投加FeSC)4•7氏。的量，

反应相同时间。测得反应后水样COD随Fe?+投加量的关系如图所示。当Fe?+投加量超过lg-LT时，反

应后水样COD不降反升的原因可能是。

oI...............................................I

00.20.40.60.81.01.21.4

Fe*投加收/g-L”

(3)已知QH更容易进攻有机物分子中电子云密度较大的基团。1-丁醇比正戊烷更容易受到QH进攻的原

因是o

(4)在Fenton法的基础上改进的基于硫酸根自由基(SO；)的氧化技术引起关注。研究发现，一种乂叫。,

石墨烯纳米复合材料对催化活化S,O：产生SO：具有很好的效果。S,Or结构为

O

A\

Ii2-

oSO

L/

f/

o

①与Fe2+/H?O2试剂相比，MnQ,一石墨烯§0丁的使用范围更广。S04在强碱性条件下反应生成QH,

写出该反应的离子方程式：O

②一种制取Mn3O4一石墨烯纳米复合材料的物种转化关系可表示为(GO表示石墨烯)

NaBOz、H2

NaBH),空气/H,0

4:

Mn04-G0—《AMnO-GO---------——AMn3O4-GO

200C>12h

在石墨烯表面制得ImolMn3O4,理论上需要消耗NaBH4物质的量为mol。

③利用该复合材料催化活化工0,并去除废水中有机污染物的可能反应机理如图所示。该机理可描述为

2.（2023.江苏省常熟中学一模调研）空气中过量的二氧化硫会形成酸雨，易引起呼吸道疾病，因此，二氧

化硫的污染治理是化学研究的重要课题。

（1）石灰石一石膏法是一种常见的“钙基固硫”方法。其中，石灰石的溶解率与脱硫效果有着密切的关系。

可将催化条件下CaCO3吸收SO?宏观反应分为三步：

i.CaCO?由固相溶解进入液相，溶解速率为RA；

ii.SO?由气相扩散进入液相，扩散速率为RB；

iii.在催化剂作用下，溶解的SO?和Ca2+发生化学反应，且反应在液相中进行，反应速率为Rc。

若温度变化对总反应速率的影响如图1所示，则：

7

S

L・

・

O

E

0

一

>

①温度在25〜45℃时，总反应速率受（填“RA”、“RB”或“Rc"）控制。

②45〜550c（催化剂活性不变）曲线呈下降趋势的原因：一是由于CaCC）3的溶解度随温度升高而降低；二是

（2）利用MnO?与SO?反应既可消除污染又可以制备MnSO」将含有SO2尾气和一定比例的空气通入

MnO2悬浊液中，保持温度不变的情况下，测得溶液中c（Mi?+）和c（SO：）随反应时间的变化如图2所

ZKo

t/h

图2

①请写出Mu。2与SO?反应的化学方程式：0

②导致溶液中c（Mn?+）和c（SO：）的变化产生明显差异的原因是：

（3）一种研究酸雨中水催化促进硫酸盐形成的化学新机制如图3所示：

②请描述水催化促进硫酸盐形成的化学机制：通过“水分子桥”，处于纳米液滴中的SO：或HSO；可以将电

子快速转移给周围的气相NO2分子，。

3.（2023•江苏省常州市•统考一模）CO2甲烷化是实现碳平衡阶段的中坚力量。

（1）1902年，PaulSabatier首次报道了CO2的甲烷化。在一定的温度和压力条件下，将按一定比例混合

的CO?和凡通过装有金属Ni的反应器可得到CH4=

已知:CH4和H2的标准燃烧热分别为-890.3kJmor\-285.SkJmoF1.

1

CO2甲烷化反应CO2（g）+4H2（g）=CH4（g）+2H2。。）的△，=kJ-moF,

（2）近年来，生物电催化技术运用微生物电解池实现了CO2的甲烷化，其工作原理如图1所示。

-I微电压I-

有机物.______

co2CH4

IICO2i

质了交换膜［］

。一电活性微生物

①微生物电解池实现C02甲烷化的阴极电极反应式为。

②如果处理有机物［（CH2。）”］产生标准状况下112m3的CH4,则理论上导线中通过的电子的物质的量为

（3）经过百余年的探索研究，目前对C02甲烷化的反应路径和机制仍存在许多争议。ZrCh负载金属Rh

催化C02甲烷化可能存在的两种反应机理如图2所示。

①C02和H2在催化剂表面不同活性位点（金属氧化物载体或分散在载体表面的活性金属）的吸附、活化形成

中间体，是讨论CO2甲烷化反应机理的首要关键问题。上述两种机理争论的焦点首先在于。

②吸附在活性金属Rh表面的中间体CO,除可能是由吸附在其表面的CO2直接解离产生，还可能是由

__________________解离产生•

③根据元素电负性的变化规律，由中间体n转化为中间体m的过程可以描述为«

4.（2023•江苏省靖江市•统考一模）氢能是一种绿色能源，也是重要的还原剂。目前有多种方法可以制氢

并储氢。

I.NaBH4＞氨硼烷（NH3BH3）、MgEh的制氢储氢。

（1）NaBH4与水反应生成H2,可能的反应机理如图-1所示。

H206）OOH-

毕7Aoa。H眄

/〃OB原子OH原子（Qo原子

0-1）

①其他条件不变时，以D20代替H20催化释氢，所得气体的分子式为o

②电解NaBCh溶液可制得NaBHq,电解装置示意图如图-2所示。

(S-2)

该电解池阴极的电极反应式为o

(2)氨硼烷(NH3BH3)可以水解释氢和热分解释氢。受热释氢时固体残留率随温度的变化如图-3所示。

%

0

0A(110℃,93.55%)

x

B(155℃,87.10%)

90.0

80.0

700100200300400500

温度/℃

(图-3)

①NH3BH3中B的杂化方式.

②110℃时NH3BH3分解释氢的化学方程式是

(3)MgH?是一种具有良好的复合储氢材料之一，是一种单层的二维材料，二维晶胞俯视图如图-4,MgH2

II.H2能将4-硝基苯乙烯在特定条件下制备4-乙烯基苯胺。两种不同催化剂将4-硝基苯乙烯还

NO,NH2

原加氢的过程如图-5所示

已知：M。单原子位点对4-硝基苯乙烯有较好的吸附效果。

（图-5）

(4)①请描述4-硝基苯乙烯《J在单原子催化剂下与H2发生反应的过程。

NO,

②使用双单原子催化剂，可以大大提高4-乙烯基苯胺的产率，原因是o

5.(2023•江苏省南京市盐城市•统考一模)CO2的资源化利用能有效减少CO?的排放，充分利用碳资源。

(1)1991年,Ashcroft提出了甲烷二氧化碳重整的技术理论:气体分子吸附至催化剂表面后发生反应。500℃

时，反应原理如下。

主反应：CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g)AH=246.5kJmor'

副反应：IH2(g)+CO2(g)=CO(g)+H2O(g)AH=41.2kJ-mol'

II2CO(g)=CO2(g)+C(s)AH=-172.5kJmor'

1

HICH4(g)=C(s)+2H2(g)AH=74.0kJ-moF

其中，副反应n、HI形成的积碳易导致催化剂失去活性。

①在原料气中添加微量有利于保持催化剂的活性，其原因是。

②在催化剂中添加少量多孔Cao能提高CO2转化率并保持催化剂的活性，其原因是。

③主反应过程机理模型如图所示(*表示吸附在催化剂表面的活性物种)。根据反应机理，生成CO的过程可

描述为。

(2)我国科学家以Si/Bi材料作光电阴极、CO?饱和的o.5mol-L」的KHCO,溶液作电解液(pH=7.4),

将CC)2转化为HCOOH,原理如图所示。

①根据图示，写出光电阴极电极反应式。

②从能源利用和资源综合利用角度分析该方法优点是。

6.(2023•江苏省江阴市•统考一模)CO2、NOx和SO2等物质的转化和资源化利用是社会热点问题。

I.CO2与CH4经催化重整，制得合成气。发生反应：CH4(g)+CO2(g)-2CO(g)+2H2(g),已知上

述反应中相关的化学键键能数据如下：

化学键C—HC=OH—Hco中的化学键

键能

4137454361075

/kJmol-1

(1)则该反应的AH=0

n.间接电化学法可对大气污染物NO进行无害化处理，其工作原理如图所示，质子膜允许H+和H2O通过。

(2)电极I应接电源的(填“正极”或“负极

(3)每处理标准状况下22.4LNO,可同时得到gO2

皿.使用固体催化剂可提高脱硫效率。气体在固体催化剂表面反应的机理是气体反应物分子吸附在催化剂表

面，占据催化剂表面活性位点，生成一些活性高的微粒，从而降低反应活化能，提高反应速率，反应后气

体产物分子及时脱附空出活性位点。

(4)活性炭催化脱除SO2的机理如图所示(*代表吸附态)。

O,H,Oso2

■\再生

①写出“热再生”生成S02的化学方程式

②研究表明，温度在脱硫过程中是一个非常重要的因素，温度过高，脱硫效果会变差，原因可能是.

（5）V2O5/炭基材料是在活性炭上载有V2O5活性成分，构成更高活性的活性炭催化剂，更有利于SO2转化

为SCh,最终实现脱硫。

①通过红外光谱发现，脱硫开始后催化剂表面出现了V0S04的吸收峰，再通入02后V0S04吸收峰消失,

该脱硫反应过程可描述为.

②控制一定气体流速和温度，考察烟气中02的存在对V2O5/炭基材料催化剂脱硫活性的影响，结果如图所

示，当02浓度过高时，去除率下降，其原因可能是

02浓度/%

（6）科学家通过NH3活化改性提升了活性炭的脱硫性能，认为活性炭表面的含氮官能团具有催化性能,

含氮官能团越丰富越有利于提升脱硫性能，原因可能是

7.（2023•江苏省南京外国语中学一模调研）CO?资源化利用是解决资源和能源短缺、减少碳排放的一种

途径。

I.CO2制甲醉。以也2。3作催化剂，可使CC）2在温和的条件下转化为甲醉，经历如下过程:

还原.

1.催化剂活化：lD2C）3（无活性）In203-.r（有活性）

‘氧化

ii.CO?与H?在活化后的催化剂表面可逆的发生反应①，其反应历程如图1。

同时伴随反应②：CO2（g）+H2（g）l^?>CO（g）+H2O（g）M=ML2kJ/mol

二”、4000600080001000012000

小。叫）气体流速（mL"）

图I图2

（1）反应①中每生成ImolCHpHlg）放热49.3kJ,写出其热化学方程式__________o

（2）CO2与H?混合气体以不同的流速通过反应器，气体流速与CO2转化率、CH30H选择性的关系如

图2。

已知：CHQH选择性=n（生成CHQH所消耗的CO2的量）/n（发生转化的CO?的量）CHQH选择性随

流速增大而升高的原因____________________。

同时，流速加快可减少产物中H2。的积累，减少反应_________（用化学方程式表示）的发生，减少催化剂

的失活，提高甲醇选择性。

（3）对于以上CO2制甲醇的过程，以下描述正确的是

A.碳的杂化方式发生了改变B.反应中经历了In-C、In-O键的形成和断裂

C.加压可以提高CO2的平衡转化率D.升高温度可以提高甲醇在平衡时的选择性

II.甲醇燃料电池（DMFC）示意图如图。电极A、B均浸泡于稀硫酸中。田可在聚合物电解质自由移动，其

余微粒均无法通过聚合物电解质。

（4）①电极A上发生的电极反应为；

②X口、Y口两处硫酸溶液的浓度关系为Cx。丫（填”或“<”），原因是。

8.（2023•江苏省南通市如皋市•统考一模）铁系纳米复合材料可以去除水体中的硝酸盐污染物。

（1）Fe-Ag金属复合材料去除某pH=2的废水中NO；的反应历程如图所示（吸附在金属复合材料表面的

物种用*标注）

①如图中NO；的去除机理可描述为

②其他条件一定，反应相同时间，溶液的pH越大，NO；的去除率越低的原因是

m(Ag)

(2)控制其他条件一定，反应相同时间，不同Ag负载比/&\xl00%的Fe-Ag金属复合材料对

m(Fe-Ag)

NO；的去除率影响如图所示.Ag负载比小于3%时，NO；的去除率较低的原因是

%80

60

A如

4

7

'20

O

N

102030405060

时何/nun

(3)其他条件一定，反应相同时间，分别用含铁质量相等的纳米铁粉、Cu负载比为4%的Fe-Cu金属复

合材料、Ag负载比为3%的Fe-Ag金属复合材料去除溶液中NO；,反应后残留的NO;、生成的NH；和N2

的物质的量如图所示。

□NO,

-□NH/

o

u

v

n■N：

①与其他材料相比，Fe-Ag金属复合材料去除NO；的优点是。

②用纳米铁粉去除NO：时，反应过程中的物种及能量变化如图所示，用纳米铁粉去除NO/寸生成N2的

量极少的原因是。

9.(2023•江苏省苏北四市(徐州、淮安、宿迁、连云港)•统考一模)铝系金属复合材料能有效还原去除

水体中的硝酸盐污染。铝粉表而复合金属的组分和含量，会影响硝酸盐的去除效果。

(1)在相同实验条件下，分别使用纯铝粉和Cu负载量为3%、4%、5%的Al/Cu二元金属复合材料对硝酸

盐的去除效果如图所示。

tmtn

①由如图可知用Al/Cu二元金属复合材料去除水体中硝酸盐效果明显优于铝粉，可能原因是o

②实验发现Al/Cu二元金属复合材料中Cu负载量过高也不利于硝酸盐的去除，可能原因是。

(2)在Al/Cu二元金属复合材料基础上引入Pd形成三元金属复合材料，其去除水体中硝酸盐的机理如图

所示。

42>W

i乙14♦i

ITX人\F4I

I、--------H，由'

\)1—J/

f♦/

NOXadMWidH'Cu'/

Ai—W

7

gq.，册•41冢•械值他NftRT

①使用Al/Cu二元金属复合材料，可将水体中硝酸盐转化为钱盐，该转化的机理可描述为：H+吸附在Cu

表面并得电子生成强还原性的吸附氢H(ads),,NH3与H+结合为NH：进入溶液。

②引入Pd的AVCu/Pd三元金属复合材料，硝酸盐转化为N2选择性明显提高，可能原因是

③其他条件相同时，Al/Cu/Pd三元金属复合材料去除水体中硝酸盐的效果与溶液pH关系如图所示。水体

pH在4至6范围内，随pH增大硝酸盐去除率降低的可能原因是;水体pH在8.5至10范围内，随

pH增大硝酸盐去除率升高的可能原因是。

i（M）।

*M）

在60

*4

040

M20

10.（2023•江苏省苏州市•统考一模）CO2的资源化利用和转化已成为当今科学研究的热点。

（1）325℃时，水在Mn粉表面产生的H2可将CO2转化成甲酸，同时生成MnO。

①由H?。、Mn、CO2制备甲酸的化学方程式为o

②直接加热H?与CO?难以生成甲酸，该条件下能较快生成甲酸的原因是o

（2）CO2加氢生成CHaOH的主要反应的热化学方程式为

1

反应I：CO2（g）+3H2（g）=CH,OH（g）+H2O（g）AH=-49.5kJ-mof

反应H：H2（g）+CO2（g）=CO（g）+H2O（g）AH=41.2kJmor'

反应川：CO（g）+2H2（g）=CH3OH（g）AH=-90.7kJmor'

将n起始（C（）2）：n起始（比）=1:3的混合气体置于密闭容器中，达到平衡时，体系中温度和压强对CHQH的

选择性影响如图所示。

•

■SOM

£

±

NM

s-

>-2O

0

100300400500«00700

工MC

①压强的大小：Plp2（填或，’）

②CH3OH的选择性随温度升高而下降的原因是。

（3）CO2和环氧乙烷在MgO作催化剂的条件下合成碳酸乙烯酯。

①MgCl?溶液中加入尿素［CO（NH2）J生成Mg5（CC»3）4（OH）2沉淀，同时有CO2气体产生，该反应

的离子方程式为。

②MgCL与沉淀剂(尿素、氢氧化钠)反应生成沉淀，过滤后将沉淀焙烧得到M