2021届高考化学二轮训练：化学反应原理综合（原卷+解析卷）

化学反应原理综合

1.氢气既是一种优质的能源，又是一、种重要化工原料，高纯氢

的制备是目前的研究热点。

(1)甲烷水蒸气催化重整是制备高纯氢的方法之一，甲烷和水蒸气

反应的热化学方程式是：

-1

CH4(g)+2H20(g)曰0g®%®]CO2(g)+4H2(g)N=+165.OkJ•mol

已知反应器中存在如下反应过程：

-1

I.CH4(g)+H20(g)wCO(g)+3H2(g)AH!=+206.4kJ-mol

Il.CO(g)+H20(g)^C02(g)+H2(g)AH2

化学键H-H0-HC-Hc=o

键能

436465a1076

/kJ・mol-1

根据上述信息计算：a=、M=

(2)某温度下，4molH20和ImolCHo在体积为2L的刚性容器内同

时发生I、II反应，达平衡时，体系中n(C0)=bmol>n(C02)=dmol,

则该温度下反应I的平衡常数K值为_(用字母表示)。

(3)欲增大C4转化为小的平衡转化率,可采取的措施有(填

标号)。

A.适当增大反应物水与甲烷的投料比B.提高压强C.分

离出C02

(4)为用于工业合成氨：N2+3上日蝴融2NH3/H<0将n(N2)：n(H2)

=1：3的混合气体匀速通过装有催化剂的反应器反应，反应器温

度变化与从反应器排出气体中加3的体积分数。(NHJ关系如图，

反应器温度升高NH;的体积分数。(NHJ先增大后减小的原因是

附态)

化学吸附：N2(g)-2N*；H2(g)-2H*；

表面反应：N*+H*-NH*；NH*+H*^NH2*；NH2*+H*^NH3*

脱附：NH3*^NH2(g)

其中，岫的吸附分解反应活化能高、速率慢，决定了合成氨的整

体反应速率。实际生产中。常用工艺条件，Fe作催化剂，控制温

度773K,压强3.0X105Pa,原料中用和压物质的量之比为12.8。

①分析说明原料气中用过量的理由、o

②关于合成氨工艺的下列理解，正确的是o

A.控制温度(773K)远高于室温，是为了保证尽可能高的平衡转化

率和快的反应速率

B.当温度、压强一定时，在原料气⑹和昂的比例不变)中添加少

量惰性气体，有利于提高平衡转化率

C.基于NH3有较强的分子间作用力可将其液化，不断将液氨移去，

利于反应正向进行

D.分离空气可得用通过天然气和水燕气转化可得即原料气须经

过净化处理，以防止催化剂中毒和安全事故发生

2.氮及其化合物在生产生活中有广泛应用。

(1)已知：C0可将部分氮的氧化物还原为明。

1

反应I：2C0(g)+2N0(g)^2(g)+2C02(g)AH=-746kJ•mol-

-1

反应n：4C0(g)+2N02(g)N2(g)+4C02(g)AH=-1200kJ-mol

写出CO将NO?还原为NO的热化学方程式o

(2)在一绝热恒容的容器中充入21noiCO和hnolNO2发生上述反

应H,以下能说明反应达到平衡状态的是

A.容器内的总压强不在变化B.容器内C0和NO2物质的量

比不变

C.容器内气体平均密度不变D.容器内气体温度恒定不变

(3)在密闭容器中充入5molCO和4molNO发生上述反应I,下

图为平衡时NO的体积分数与温度、压强的关系。

01020304050

压强/MPa

回答下列问题：

①温度：L丁2(填“V”或)。

②某温度下，在体积为2L的密闭容器中，反应进行10分钟放出

热量373kJ,用C0的浓度变化表示的平均反应速率

v(C0)=o

③若在D点对反应容器升温的同时扩大体积使体系压强减小，重

新达到的平衡状态可能是图中A~G点中的点

(4)某温度时，亚硝酸银AgNO2的Ksp=9.OX10-\Ag2S04的Asp=4.0

X10-5,当向含NO；、SOj混合溶液中加入AgNOs溶液至SO：恰好

完全沉淀(即SO：浓度等于1.0X105mol-I?)时,c(N0

2)=mol,L_1o

(5)如图，在酸性条件下，电解水中CV可转化为CO?和此，请写出

阳极的电极反应式。

直流电源1

质子交换膜

3.为减少CO?排放，科学家着眼于能源转换和再利用等问题。回

答下列问题：

(1)我国科学家采用儆菁钻(CoPc)和锌-氮-碳(Zn-N-C)串联催化

剂，可有效地将CO2还原为甲烷。模拟装置如图1所示，串联催

化剂表面反应历程如图2所不。

——11—T

fcoCOC；］

石「1Cr2

口」串联催化剂IC-CZn\-C)

ILO质子叁换膜

图1图2

①关于该装置的说法错误的是o

+

A.串联催化剂表面发生的反应为：CO2+8e+8H=CH4+2H2O

B.该串联催化装置，可将CO?制备CH,的过程分解在两种活性位

点上进行

C.CO?在CoPc表面被氧化，生成中间产物CO

D.标准状况下，每生成1L2LO2,理论上可处理11.2LCO,

②已知：CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)A^=-akJ/mol

2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)A^=-bkJ/mol

CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g)A^=+ckJ/mol(a^b、c均为正值)

则反应CC)2(g)+2H2O(g)=CH4(g)+2O2(g)的A许kj/mol(用a、

b、c表示)。

⑵CO?还可制取CHQH(g)和水蒸气。将ImolCOz和3mo也充入0.5L

恒容密闭容器中，在两种不同催化剂作用下发生反应，相同时间

内C02的转化率随温度变化曲线如图3所示：

CA

--

.9660

转

50--

化

率

/%

J-------

T\T1TyATs

温度/K

图3

①a点时。正_______厂逆(填

②随温度的升高，CO?的转化率先增大后减小，理由是°

③已知c点时容器内的压强为P,在北温度下该反应的平衡常数

4为(用含P的关系式表示)。

(3)在某催化剂作用下，CO?和H?还能发生如下反应：

2CO2(g)+6H2(g)=C2H4(g)+4H2O(g)o图4所示为在体积为1L的恒容容

器中，通入ImolCOz和3moi也时，测得的温度对CO?的平衡转化率

和催化剂催化效率的影响：

②如果不用催化剂，其他条件不变，则250c时CO2的平衡转化率

位于点(填“a”“c”“d”)o

4.氮元素有多种化合物。生产生活中氨及铉盐有重要用途，而汽

车尾气中含有的NO、NO?因有害则应降低其排放。回答下列问题：

⑴在20℃时，已知：

①N2(g)+02(g)w2N0(g)正、逆反应活化能分别为akj-mor\bkj

,mol-1

(2)4NH3(g)+502(g)4N0(g)+6H20(1)正、逆反应活化能分别为ckj

•mor\dkj-mor1

贝(j4NH3(g)+6N0(g)w5N2(g)+6H20(1)的为

(2)10.0L的密闭容器中，按物质的量比1：3投入氮气和氢气，

发生反应:N2(g)+3H2(g)w2NH3(g)AH<0,用传感器测得温度为「、

时容器中n(N2)随时间变化如下表：

-T■间

、心质的量―一05min10min15min20min

温度n(N2)

0.080.0620.050.05

0.Imol

molmolmolmol

0.070.06

一•

T20.1molxmol

molmol

①T1时，该反应的平衡常数为(用最简分数表示);

②x0.06(填或"=”),原因是

(3)汽车排气管装有三元催化剂装置，在催化剂表面通过发生吸附、

解吸消除CO、NO等污染物。反应机理如下［Pt(s)表示催化剂，

右上角带“*”表示吸附状态］:

INO+Pt(s)=NO*IICO+Pt(s)=CO*

IIINO*=N*+O*IVC0*+0*=C02+Pt(s)

VN*+N*=N2+Pt(s)VIN0*+N*=N20+Pt(s)

经测定汽车尾气中反应物及生成物浓度随温度变化的关系如图一

和图二所示。

或“VI”)；反应VI为—反应(填“放热”或“吸热”)o

②图二中，温度从Ta升至Tb的过程中，反应物浓度急剧减小的

主要原因是

③已知气体在固体催化剂表面反应中，吸附和解吸过程同时影响

催化剂

总反应速率。温度一定时，反应2N0+2C0^=N2+2C()2的总反应

速率随压强的变化如图所示。

结合(3)中反应机理，解释be段化学反应速率下降的原因—o

5.2020年世界环境日的宣传主题为“关爱自然，刻不容缓”。防

治大气污染、水体污染等是世界各国保护环境的最重要课题。

(1)将CH,催化重整为可用的化学品，对改善环境意义重大。

①某科研团队利用Ni-CaO-FeQ,三元催化剂在850(下“超干重

整"CH4和CO?。

已知：反应I.CHKg)+CC)2(g)口2CO(g)+2H2(g)

AH=+247kJnmor'

反应fl.8修)+凡0信)口CO2(g)+H2(g)AH^lkJEmol'

则反应DI.CH4（g）+3CO2（g）D4CO（g）+2H2O（g）AH=°

②在体积为IL的刚性容器中进行“合成气催化重整”，反应的化

学方程式为CH4（g）+CC）2（g）口2CO（g）+2H2（g）o当投料比，

耳瞿=1。时，CO2的平衡转化率（a）与温度（T）、初始压强（p）的

111-yI

关系如图所示。压强Pl（填“>”“<"或“="，下同）P2；

当温度为工、压强为p时，a点时的v（逆）v（正）；起始时

向容器中加入hnolCH,和11noiCO?,在温度为16、初始压强为p?

时反应，该反应的4O

③“合成气催化重整”过程中有副产物碳生成，碳的积累会严重

影响催化剂的活性。某研究小组计算和模拟实验表明积碳量（催化

剂表面碳的质量与催化剂的质量之比）与投料比、温度的关系如图。

h)

4Q

5

33.

.

z.O

z5

Q

L5

L6

当投料比喘1=2.。时,要使积碳量最小'应调节温度为一

（2）氮的氧化物是造成大气污染的主要物质，研究氮氧化物的反应

机理更有助于消除大气污染。

①NH,催化还原NO是重要的烟气脱硝技术，研究发现在以Fe。为

主的催化剂上可能发生的反应过程如图。写出脱硝过程的总反应

的化学方程式：

②催化氧化法去除NO是在一定条件下，用NH，消除NO污染，其

反应原理为4N4+6N0目甄鼬5N2+6H2OO不同温度条件下，

n（NH3）：n（NO）为2：1时，得到NO脱除率曲线如图所示。脱除NO

的最佳温度是。在温度超过lOOOP时NO脱除率骤然下降

的原因可能是O

、（）

75

o.65

o.55

o.

4

o.a5

35

o.a25

15

o.05

0

③NO氧化反应：2NO（g）+O2（g）D2NC）2（g）分两步进行，反应I.

2NO（g）^N2O2（g）,反应H.N2O2（g）+O2（g）f2NCMg）,其反应过

程能量变化示意图如图。其中决定NO氧化反应速率的步骤是反应

反应过程

6.H?S、so2是严重危害环境的气体，多种方法可减少H?s、SO2的

排放并加以资源利用。

(1)H2s与C02发生如下反应：H2S(g)+CO2(g)nCOS(g)+H2O(g)A^o

相关的化学键键能数据如下表：

化学键00(CC)2)C=O(COS)C=SH-0H-S

E/(kJmor')803742577465339

由此计算AH=kJ•mol-1

(2)高温下CO可将SO?还原成硫蒸气，反应体系中各组分的物质

的量与反应时间的关系如图所示。写出该反应的化学方程式：

⑶用NaOH吸收SO?后，所得NaHSO,溶液经电解后可制取Na2sq,

溶液，反应装置如图所示。电解时的阴极反应式为

30：

HSO；

阳离子交换膜

(4)COS水解反应为COS(g)+H2O(g)DCO2(g)+H2S(g)o用活性a-Al2O3

催化，在其他条件相同时，改变反应温度，测得COS水解转化率

如图1所示；某温度时，在恒容密闭容器中投入和

0.ImolCOS,COS的平衡转化率如图2所示。

①图1活性a-AlzO、催化水解，随温度升高转化率先增大后又减小

的可能原因是。

②由图2可知，P点时平衡常数为长=（填数字）。

+

（5）某二元酸H2B在水中的电离方程式是H2B=H+HB,

HB□H++B2-。在O.lmolLT的Na?B溶液中，下列粒子浓度关系式

正确的是（填标号）。

A.c（B2）+c（HB）=0.1molL-'

21

B.c（B）+c（HB）+c（H2B）=0.1molI；

C.c（0H）=c（H+）+c（HB）

D.c（Na+）+c（0H）=c（H+）+c（HB）

（6）常温下，测得某纯CaSO,与水形成的浊液pH为9,已知

2

KU（H2SO3）=1.8X10-,/（H2sO3）=6.0x10-5,忽略SO；-的第二步水

解，则K，p（CaSOj=0

7.南阳市创建“全国文明城市”，对氮的氧化物、碳的氧化物做

了广泛深入的研究并妥善处理具有重要意义。

I.已知2N0（g）+02（g）-2N02（g）的反应历程分两步：

第一步：2N0（g）aN202（g）（快）&K0;当正=匕正c?（N0）；巧逆=冗逆c（N2O2）

第二步：曲26）+026）02■4）（慢）M<0；v2iE=k2]Ec（N202）c（02）5

丫2逆=卜2逆C?（N02）

①2N0(g)+02(g)w2N02(g)的反应速率主要是由(填“第一

步”或“第二步”)反应决定。

②一定温度下，反应2N0(g)+02(gX2N02(g)达到平衡状态，请写

出用L正、ki逆、k2正、k2逆表示的平衡常数表达式K=；

II.利用C02和CH4重整不仅可以获得合成气(主要成分为C0.H2),

还可减少温室气体的排放。

(1)已知重整过程中部分反应的热化方程式为：

®CH4(g)=C(s)+2H2(g)AH>0

®CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H20(g)AH>0

③CO(g)+H2(g)=C(s)+H20(g)AH<0

固定n(C02)=n(CH4),改变反应温度，COZ和C为的平衡转化率见图

甲。

同温度下CO2的平衡转化率(填“大于”“小于”或“等

于”)CH4的平衡转化率。

(2)在密闭容器中通入物质的量均为0.Imol的CH4和C02,在一定

条件下发生反应：C02(g)+CH4(g)^2C0(g)+2H2(g),Qh的平衡转化

率与温度及压强(单位Pa)的关系如图乙所示。y点：

v(正)v(逆)(填“大于”“小于”或“等于")。已知气体

分压(P分)=气体总压(P总)X气体的物质的量分数。用平衡分压代

替平衡浓度可以得到平衡常数Kp,求x点对应温度下反应的平衡

常数Kp=o

III.利用铜基配合物1,10-phenanthroline-Cu催化剂电催化C02

还原制备碳基燃料(包括CO、烷燃和酸等)是减少C02在大气中

累积和实现可再生能源有效利用的关键手段，其装置原理如图所

ZjKo

酸性电解质溶液

①电池工作过程中，图中Pt电极附近溶液的pH(填“变

大”或“变小”)。

②每转移2mol电子，阴极室溶液质量增加go

8.硫酸是一种重要的基本化工产品。接触法制硫酸生产中的关键

工序是SO?的催化氧化：2S02(g)+02(g)＜里催颦塞2S03(g)AH=

-196.OkJ-mol^o硫酸工业尾气中含有大量的SO2,需要经过净

化处理后才能排放。

(1)帆催化剂催化机理。钢催化剂参与SO2的催化氧化的部分相关

热化学方程式如下：

V204(s)+2S03(g)=2V0S04(S)AH1=-399.2kJ・mol一】

1

V204(s)+S03(g)=V205(s)+S02(g)AH2=-24.IkJ-mol-

反应2V0S04(s)+V204(s)+02(g)w2V2O5(s)+2SO3(g)的4

1

H3=kJ,mol_o

(2)催化氧化平衡移动。在SO?和起始的物质的量分数一定时,

0.5MPa、2.5MPa和5.0MPa压强下，S02催化氧化的平衡转化率a

随温度的变化如图1所示。则反应在0.5MPa、550℃时的a

=，判断的依据是。

558O

00

(3)催化氧化速率方程。研究表明，SO2催化氧化的反应速率方程

为：v=k(2T)°8(l-na')式中：k为反应速率常数，随温度t升

a

高而增大；a为SO?平衡转化率，a'为某时刻SO2转化率，n为

常数。在a'=0.90时，将一系列温度下的k、a值代入上述速率

方程，得到v〜t曲线，如图2所示。曲线上v最大值所对应温度

称为该a'下反应的最适宜温度％,tV八时，v随温度升高而逐

渐提高；t>t.时，v随温度升高而逐渐下降。原因是o

(4)再生循环电解脱硫。用Na2s溶液吸收硫酸工业尾气中的SO2,

得到Na2s和NaHSOs的混合溶液，使用双离子交换膜法电解该混

合溶液可获得Na2SO3溶液(阴极区)和较浓的硫酸(阳极区)。写出

电解时阳极HSO；转化为SO：的电极方程式o

(5)含锌烟尘氧化脱硫。用含ZnO的烟尘将硫酸工业尾气中的S02

转化为ZnSO3*|H2O,再用氧化剂氧化为ZnSO4,从而实现两种工业

废弃物的同时回收利用。已知ZnSCvgHzO微溶于水，ZnSO4易溶

于水。溶液中H2s。3、HSO；、SO：的物质的量分数随pH的分布如

图3所示。

邓

々

存

三

通

一

滓

器

超

将ZnSO3*|H2O悬浊液转化为ZnS04时,因其被氧化的速率很慢,

易造成管道堵塞，实验室模拟氧化解决该问题。初始时用盐酸

将5%ZnS03^|H20悬浊液调至pH=3.5,以一定的进气流量通入03,

溶液的pH随时间变化的曲线如图4所示。

①160s后，溶液的pH逐渐减小，并检测到有生成。此阶段主

要发生的反应的离子程式为o

②用氧化可防止管道堵塞的原因是o

9.研究和深度开发氮氧化物、碳氧化物、硫及其化合物的应用对

构建生态文明社会具有重要的意义。

I.N0会加速臭氧层被破坏，其反应过程如图所示:

(1)NO的作用是o

(2)已知：O3(g)+O(g)02O2△层一143kJ・mori

-1

反应1：O3+NO^NO2+O2A^=-200.2kJ・mol

反应2：热化学方程式为o

II.已知反应:H2S(g)+C0(g)^C0S(g)+H2(g)△乐0,

(1)写出cos(埃基硫)的电子式,

(2)在充有催化剂的恒压密闭容器中进行反应。设起始充入的

n(C0)：n(H2S)=m,相同时间内测得H2s转化率与m和温度⑴的关

系如图所示。

今一H£转化率

OT„77C

①叫D12.(填或"=")

②温度高于T。时，H2s转化率减小的可能原因为o

a.反应停止了b.催化剂活性降低c.反应达到平衡d.

反应的AH变大

③240。C时，将等物质的量的H2s(g)与CO(g)充入密闭容器中，

测得H2(g)的平衡体积分数为25%O则此时该反应的平衡常数

K=；

④在300。C、320°C时上述反应中H2s(g)和COS(g)的体积分数

(①)随时间(t)的变化关系如图所示。起始密闭容器中①[H2s(g)]

和(o[C0(g)]、(o[COS(g)]和co[H2(g)]分别相等。则300°C时

(o[COS(g)]随时间变化的曲线为,320°C时s[H2s(g)]

随时间变化的曲线为o

10.氨是最重要的氮肥，也是产量最大的化工产品之一。合成氨

工艺是人工固氮的重要途径。

(1)可用作合成氨的催化剂有很多，如Os,Fe,Pt,Mn,Co等金

属及相应的合金或化合物。该反应在LaCoSi催化作用的化学吸附

及初步表面反应历程如下：

,

N2(g)+H,(g)2N*(g)+H2(g)____TSI2N(g)+2W(g)

(-1.46)'1(0.01)

(0)(-3.45)

注：方框内包含微粒种类及数目、微粒的相对总能量(括号里的数

字或者字母，单位：eV)其中，TS表示过渡态，*表示吸附态。

①请写出用参与化学吸附的反应方程式：；

②以上历程须克服的最大势垒为kJ-moL(计算结果保留

2位小数)。(已知：leV=1.6X10-22kJ)

(P(NH3)Y

(2)标准平衡常数K®=其中P®为标准压强(IX

J：/>

fp(N2)Y(P(H2)|

<p0JIp0>

5

10Pa),p(NH3)>P(N2)和P(H2)为各组分的平衡分压，平衡分压=

平衡体积分数X总压。若明和员起始物质的量之比为1：3,反应

在恒定温度和标准压强下进行，用的平衡转化率为3,则〃

=(用含3的表达式表示)。

(3)Arrhenius提出：溶剂在液态下能自发发生电离，产生溶剂阳

离子与溶剂阴离子的现象，称为自耦电离，如液态水的自耦电离

+

方程式为：2H20-H30+0H\

①请写出液氨的自耦电离方程式：。

②已知在298K时,液氨自耦电离平衡常数K=4.OX1O-30,请计算，

电离产生的溶剂阳离子物质的量浓度为o

(4)如图是20c时，NH3-C02-比0三元体系相图。纵坐标代表CO?

的体积分数,横坐标代表NH3的体积分数,坐标原点代表液态纯水。

100

兴90

、80

恭70

会60

王50

姓

840

030

20

10

2030405060708090100

NH_：体积分数/%

20c时，可根据需要，选择水溶液体系反应得到(NHjzCOsGq)与

NH4HCO3(aq),也可选择无水体系反应得到NH4COONH2(s)。

①20℃时，利用NlUg)、C()2(g)和40(1)制备NHJKX^aq)的最佳

曲线是(填“A-HzO”或“B-IW”)o

②B点可得到的产品是(填化学式)。

11.工业生产硝酸铉的流程如图所示：

1909年化学家哈伯在实验室首次合成了氨，如图1所曲线a为

298K、101kPa时N?与H?反应过程中能量变化曲线，图2表示该反

应在不同温度下氨的物质的量随时间变化的曲线。请回答：

(1)根据图1写出合成氨的热化学方程式o

(2)图1中改变某条件后，由曲线a变成曲线b,则改变的条件是

(3)根据图2判断E和工温度下的平衡常数大小关系是K

K2(填或)

(4)2007年化学家格哈德・埃特尔在哈伯研究所证实了氢气与氮

气在固体催化剂表面合成氨的反应过程，示意图如下：

//////////////////////////////////////////

图①图②图③图④图⑤

0-0、OO、拣分别表示N2、凡、NH3

图②表示N2、也被吸附在催化剂表面，图⑤表示生成的N&离开

催化剂表面，图③的含义是

(5)为提高H?的转化率，实际生产中宜采取的措施有(填字

母)。

A.降低温度B.循环利用和不断补充氮气C.适

当增大压强D.及时移出氨

(6)该流程中钳一铐合金网上的化学反应方程式为：o

12.将二氧化碳加氢制甲醇可以实现碳减排。其主反应为：

I：CO2(g)+3H2(g)wCH30H(g)+H2O(g)AH=-49kJ/mol

在较高温度时可发生副反应：

II：C02(g)+H2(g)6co(g)+H20(g)AH=+41kj/mol

(1)①写出反应I的平衡常数表达式o

②为提高主反应I中CO2的平衡转化率喘可以采取的措施

是(填字母序号)

a.升高温度b.增大反应的压强c.增大投料比

(2)反应过程中，副反应生成的C0也可以与H2反应生成甲醇,

请写出该反应的热化学方程式

(3)在密闭容器中充入3mol氢气和Imol二氧化碳，在相同时间

内测得不同实验温度下混合气体中甲醇的体积分数(CH3OH)与温

度的关系如图所示：

①甲醇的生成速率：vaVb（填或“V”）

②温度高于匕时，甲醇的体积分数随温度升高而减小的原因是

（4）下表是其它条件相同时，不同催化剂成分对甲醇产率及催化选

择性的数据。

选择

CuOZnOA12O3MnOCH3OH产率

组成/单位ZrO2

性

g,（kg-催化剂）

催化剂wt%wt%wt%wt%wt%%

一】•h-1

催化剂I65.826.37.9007840

催化剂II62.425012.609688

催化剂III65.826.603.6488100

催化剂IV65.826.605.6213891

说明：wt%为质量百分数单位。

由上表数据，可以得到的结论是（填字母序号）。

a.催化剂的组成会影响单位时间内所获得的产品质量

b.催化剂的组成会影响反应的限度

c.其它条件相同时，催化剂中MnO对甲醇选择性的影响大于

Zr02

13.工业上常利用软锦矿浆(主要成分是MiG,还含有硅、铁和少

量重金属银的化合物等杂质)制备MnSCh溶液，并以M11SO4溶液为

原料制取单质镒和四氧化三镒。

(l)MnS04溶液的制备：

①还原：以稀硫酸作介质，纤维素［(CeHiM)」还原MnOz时，发生

反应的化学方程式为。

②除杂：除去硅、铁等杂质后，通常用BaS来除去溶液中的银，

pH对除裸效果的影响如图所示。当pH<4.2,pH越小除裸效果越

差的原因是o

(2)电解法制镒：

为保证电解顺利进行，电解液中M广必须保持一定的浓度。Mr产浓

度和电流效率(电流效率是指电解时在电极上实际沉积或溶解的

物质的量与按理论计算出的析出或溶解量之比)的关系如图所示。

由图可知当Mn"浓度大于22g・I?时，电流效率随Mr产浓度增大反

而下降，其原因是O

电

流72

效

率70

68

66

64

510152025

Mn>浓度/g.L"

⑶制取血3。4：

利用MnS04溶液，用空气氧化法制备MmO”在血SO4溶液中滴入一

定浓度的氨水，加压通氧气反应7小时制备Mn304o

①写出上述反应的离子方程式：O

②Mm。’的含量与反应温度的关系如图所示。随着反应温度的升高,

产物中血的含量的上升趋势呈现先快后慢的原因是o

90.0t11--------11A

4050(iO70HO

辄化温度/C

14.CO?与人类生产、生活有密切关系。CO?经催化加氢可以生成

低碳有机物，主要有以下反应：

反应I：C02(g)+3H2(g)MCH30H(g)+H20(g)第=-49.6kJ/mol

反应n：CH30cH3(g)+H20(g)02CH30H(g)M=+23.4kJ/mol

反应HI：2cO2(g)+6H2(g)6CH30cH3(g)+340(g)M

(1)kj/molo

(2)恒温恒容条件下，在密闭容器中通入等物质的量的COZ和H2,

发生反应Io下列描述能说明反应I达到平衡状态的是

__________(填序号)。

A.反应体系总压强保持不变

B.容器内的混合气体的密度保持不变

C.水分子中断裂2吊个H-0键，同时氢分子中断裂3吊个H-H键

D.CH30H和H20的浓度之比保持不变

(3)反应II在某温度下的平衡常数为0.25,此温度下，在密闭

容器中加入等物质的量的CH30cH3(g)和H20(g),反应到某时刻测

得各组分浓度如表下:

物质CH30cH3(g)H2O(g)CH30H(g)

浓度/mol・L-11.81.80.4

当反应达到平衡状态时，混合气体中CH3OH体积分数

(CH3OH)%=_________

(4)在某压强下，反应HI在不同温度、不同投料比时，CO2的平

衡转化率如图所示。Ti温度下，将6moic。2和12molH2充入2L的

密闭容器中，5min后反应达到平衡状态，则联5min内的平均反

应速率V(CH30CH3)=；&、及、及三者之间的大小关系为

C八

8

1-T1

平60

衡

转40

化

率

20

/%

01234

投料比[n(H2)/n(CO2)]

(5)C02溶于水形成H2C03O已知常温下H2c的电离平衡常数

u

Ki=4.OX10\K-4.7X10',NH3・H20的电离平衡常数&=1.25

XIO-%常温下，请计算反应NH；+HCO；+H2OWNH3・H2O+H2c。3的平衡

常数K=_________

(6)采用Ti基PbOz为阳极，不锈钢为阴极，含苯酚的废水为电

解液，通过电解，阳极上产生羟基GOH),阴极上产生H202O通

过交替排列的阴阳两极的协同作用，在各自区域将苯酚深度氧化

为C02和H20O

①写出阳极的电极反应式：O

②写出苯酚在阴极附近被H2O2深度氧化的化学方程式:

15.甲醇(CLOH)是一种重要的化工原料，工业上可用CO和1合

成甲醇(催化剂为Cu20/Zn0)：CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)△层-90.8

kJ-moL•若在温度、容积相同的3个密闭容器中，按不同方式投

入反应物，保持恒温、恒容，测得反应达到平衡时的有关数据如

下：

容器甲乙丙

1mol2molCO、4mol

反应物投入量1molCO、2molH2

CH3OHH2

平衡时的浓度Cic2c3

平衡时反应的能量

放出QikJ吸收Q2kJ放出Q3kJ

变化为正值

平衡时反应物的转

a1a2a3

化率

回答下列问题：

(1)下列说法正确的是(填标号)。

A.Ci=c2B.2QI=Q3C.QI+Q2=90.8D.a2+a3<1

(2)据研究，反应过程中起催化作用的是C*0,反应体系中含少量

COZ有利于维持催化剂Cu20的量不变，原因是(用化

学方程式表示)。

(3)已知在25℃,101kPa下：甲醇(1)的燃烧热△层-725.8

-11

kJ•mol,CO(g)的燃烧热△层-283kJ-moK,H20(g)=H20(l)△

年-44.0kJ・morxo

则甲醇(1)不完全燃烧生成一氧化碳和水蒸气的热化学方程式为

(4)工业上也可用CO2和I合成甲醇。将2molCO2和6mol也充

入2L恒容密闭容器中发生反应：C02(g)+3H2(g)D

CH3OH(g)+H2O(g)，如图1表示压强为0.1MPa和5.0MPa下C02

的平衡转化率随温度的变化关系。

♦co2的平衡转化率

6Too―200—300—400―时的7t

图1

①a、b两点化学反应速率分别用匕、/，表示，则

匕%(填“大于”“小于”或“等于”)。

②a点对应的平衡常数aL2-mol-2(保留1位小数)。

(5)在1L恒容密闭容器中投入1mol(；02和3.75mol为发生反

应：C02(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H20(g),实验测得不同压强下，平

衡时甲醇的物质的量随温度的变化如图2所示。

O

E636

、

程

片3O

0.

蚂

舞,24

与8

塞0.

三12

名0S.

淳O6

斗

图2

下列说法正确的是（填标号）。

A.压强大小关系为PiVp2Vp3

B.M点时，上的平衡转化率为20%

C.升高温度，平衡常数增大

D.在P2及512K时，图中N点的正反应速率大于逆反应速率

（6）以甲醇为主要原料，电化学合成碳酸二甲酯［（CLObCO］的工作

原理如图所示。直流电源的正极为（填“A”或"B”），

参考答案

1.415.1⑷.4kJ/mol/黯焉AC温度低于

T。时反应没有达到平衡状态，升高温度，反应速率加快，氨气体积分

数增大；温度高于T。时反应达到平衡状态，继续升高温度平衡逆向

移动，导致氨气体积分数减小原料气中用相对易得，适度过量

有利于提高比的转化率用在Fe催化剂上的吸附是决速步骤，适

度过量有利于提高整体反应速率CD

【详解】

⑴已知III.CIh(g)+2H20(g)§@C02(g)+4H2(g)ZW=+165.

OkJ・mol-1

-1

I.CH4(g)+H20(g)wCO(g)+3H2(g)AHF+206.4kJ•mol

将方程式HIT得方程式HC0(g)+H20(g)^C02(g)+H2(g)即△&=

(+165.0母06.4)kJ/mol=^l.4kJ/mol,

l

I.CHjg)+H20(g)-C0(g)+3H2(g)△H1=+206.4kJ•mol'

根据△11]=反应物所有的键能和性成物所有的键能和=4a+2X465

-4076^X436=206.4,故a=415.1

故答案为：415.1；-41.4kJ/mol；

(2)根据方程式H知，生成dmolCOz生成加。1上、

CO(g)+H2O(g)nCO2(g)+H2(g)

起始量/mol

dd,则方程式I中生成

变化量/moldd

平衡量/molb

(b+d)molCO>

CH4(g)+H2O(g)DCO(g)+3H2(g)

起始量/mol14

b+d3(b+d)'在体积为2L的刚

变化量/molb+db+d

平衡量/mol1-b-d4-b-d

性容器内同时发生I、n反应,所以平衡时，n(CH4)=(l-b-d)mol>

C(CH4)=y(l-b-d)mol/L,n(H20)=(4-b-2d)mol、c(H2O)=(4-b-

2d)mol/L,n(CO)=b+d-d=bmol、c(CO)=^bmol/L,n(H2)=3(b

+d)+d=(3b+4d)molc(H2)=y(3b+4d)mol/L,则该温度下反应

1.,3b+4d3

C(CO>C3(HJ_5稹(^~)_b《3b+4d)3

I的平衡常数K=

C(CH4)-C(H,O)1-b-d4-b-2d4(l-b-d).(4-b-2d)

22

故答案为：

4(1ZX)

(3)欲增大(：氏转化为出的平衡转化率，应该改变条件使反应I平衡

正向移动，

A.适当增大反应物的投料比n(40)：n(CW，甲烷的转化率增大，故

A正确；

B.增大压强平衡逆向移动，甲烷的转化率减小，故B错误；

C.分离出CO2平衡正向移动，甲烷的转化率增大，故C正确；

故答案为：AC；

(4)该反应的正反应是放热反应,温度低于T0时反应没有达到平衡状

态，升高温度，反应速率加快，氨气体积分数增大；温度高于T0时

反应达到平衡状态，继续升高温度平衡逆向移动，导致氨气体积分数

减小；故答案为：温度低于T0时反应没有达到平衡状态，升高温度，

反应速率加快，氨气体积分数增大；温度高于T0时反应达到平衡状

态，继续升高温度平衡逆向移动，导致氨气体积分数减小;

13

(5)①由反应)N2(g)+：H2(g)WNH3(g)可知，加过量氮气，有利于平

衡正向移动，提高庆的转化率以及氨气的产率，同时根据题干“用

的吸附分解反应活化能高、速率慢,决定了合成氨的整体反应速率。”

可知，N2在Fe催化剂上的吸附是决速步骤，适度过量有利于提高整

体反应速率，故答案为：原料气中外相对易得，适度过量有利于提

高上的转化率；用在Fe催化剂上的吸附是决速步骤，适度过量有利

于提高整体反应速率；

②A.控制温度远高于室温是为了保证催化剂的活性,提高反应速率，

并非为了保证尽可能高的平衡转化率和快的反应速率，故A错误；

B.恒压条件充入少量惰性气体，相当于减压，平衡逆向移动，不利

于提高平衡转化率，故B错误；

C.不断将氨气液化，生成物浓度降低，有利于平衡正向移动，故C

正确；

D.通过天然气和水蒸气转化制得的乩，由于含有CH”CO等易燃易

爆气体，容易出现安全隐患，此外CL,CO可能会与催化剂反应，造

成催化剂活性降低，所以必须经过净化处理，故D正确，

故答案为：CD；

2.CO(g)+N02(g)-C02(g)+NO(g)△年一227kJ・moLAD>

-11-41

0.05mol*L-min'A4.5X10mol-L_20^+^20-106=N2

t+2C021+81T

【详解】

⑴CO还原N02的反应方程式为C0+N02日照CO2+NO,根据盖斯定律，

得出(n—I)X；,CO(g)+N02(g)IC02(g)+N0(g)△户[-1200

-(-746)]X|kJ-mor1=-227kj-mol-1；

-1

故答案为CO(g)+NO2(g)§®CO2(g)+NO(g)△年一227kJ-mol；

(2)A.该反应为放热反应,气体压强随着温度升高，容器为绝热恒容，

因此当压强不再改变，说明反应达到平衡，故A符合题意；

B.充入2molC0和lmolN02,其比值等于反应方程式中C0和N02化学

计量数之比，因此容器内C0和N02的物质的量之比始终是2：L故

B不符合题意；

C.组分都是气体，气体总质量保持不变，容器为恒容，根据密度的

定义，密度始终保持保持不变，故C不符合题意；

D.容器为绝热，该反应为放热反应，随着反应进行，气体温度逐渐

升高，当温度不再改变，说明反应达到平衡，故D符合题意；

故答案为AD；

(3)①相同压强下，该反应为放热反应，升高温度，平衡向逆反应方

向进行，N0的体积分数增大，根据图像，推出L>T2；

故答案为>；

②放出热量373kJ,消耗CO的物质的量为以磊4=lmoL根据反应

746kJ/mol

Imol

速率的数学表达式v(CO)=2L=0.05mol/(L,min)；

lOmin

故答案为o.05mol/(L•min)；

③容器升温，平衡向逆反应方向进行，N0的体积分数增大，即所求

点在D点上方，扩大容器的体积使体系压强减小，平衡向逆反应方向

进行，NO的体积分数增大，即所求点在D点左上方，从而推出符合

题意的点是A点；

故答案为A；

(4)SO：全部转化成沉淀，此时溶液中c(Ag+)=

fSe(Sof)°，)=jW=2-♦L-'，则溶液中“NO”

-1

JCsp(AgNO2)=9.0x10^=4^5*10-01・L；

c(Ag+)2

故答案为4.5X10~4mol•L-1；

(5)根据电解原理，阳极上失去电子，发生氧化反应，CM中C为+2

价，N为一3价，CV转化成CO2和弗，C和N的化合价升高，因此CN

-在阳极上放电，电解液为酸性，因此阳极电极反应式为4H20+2C1T

+

-10e-=2C02+N2+8H；

__+

故答案为4H20+2CN-10e=2C02+N2+8Ho

3.CD2a+2b-c>b点前，反应未达平衡，随温度升高,

反应速率加快，CO2转化率增大；b点后，反应已达平衡，随温度升

4

高，平衡左移，CO?转化率降低疔Va

【分析】

C02在CoPc作催化剂的条件下转化为CO,C0在Zn-N-C作催化剂的条件

下转化为CHo装置为电解池，串联催化剂连接在电解池的阴极上，

串联催化剂表面的二氧化碳化合价降低了8价，得到8个电子与8

+

个氢离子结合生成甲烷和水，发生的反应为:CO2+8e+8H=CH4+2H2O；

阳极上的电极反应为：2H20-4e-=4『+()2t,总的电极反应为：C02+2H20

电解

—CH4+202；根据盖斯定律计算反应的焙变；相同时间内CO2的转

催化剂

化率随温度变化曲线可知，b点达到平衡状态，根据化学平衡的移动

和平衡常数的表达式和三段式进行计算，由此分析。

【详解】

①A.根据分析，串联催化剂连接在电解池的阴极上，串联催化剂表

面的二氧化碳化合价降低了8价,得到8个电子与8个氢离子结合生

+

成甲烷和水，串联催化剂表面发生的反应为:CO2+8e+8H=CH4+2H2O,

故A不符合题意；

B.该串联催化装置，可将CO?制备CH,的过程分为两步，故可以在两

种活性位点上进行，故B不符合题意；

C.C02在CoPc作催化剂的条件下转化为CO,CO2的化合价从+4价降低

到+2价，C02在CoPc表面被还原，生成中间产物co,故C符合题意；

D.根据电极反应，总的电极反应为：C0+2H0.==.CH4+20；氧原子

22催化剂2

的化合价从-2价升高到0价，每生成2mol氧气时处理Imol二氧化

V1191

碳，标准状况下，每生成1L2LO2,氧气的物质的量一〒

vm22.4L/mol

=0.5mol,理论上可处理0.25mol二氧化碳，片刀匕=0.25molX

22.4L/mol=5.6L,故D符合题意；

答案选CD；

②已知：