2021届高考化学考点突破：化学反应原理综合(一)（解析版）

化学反应原理综合(一)

1.(2021届•河北高三一模)氨在国民经济中占有重要地位，氨

的用途十分广泛，是制造硝酸和化肥的重要原料。

(1)合成氨工业中，合成塔中每产生2molNH3,放出92.2kJ

热量。

吸收"p®

1molN—H键形成所释放的能量约等于kjo

L、-19

P(NHJ-

0

(2)标准平衡常数K，=L；」中,p0为标准压强(1X1()5

P(N2)P(Hi)

LP」P」

Pa),p(NH3)、p(N2)和p(H2)为各组分的平衡分压，如p(NH3)=X(NH3)p,

p为平衡总压，x(NH3)为平衡系统中NB的物质的量分数。当用和庆

的起始物质的量之比为1：3时，反应N2(g)+3H2(g)=^2NH3(g)

在恒定温度和标准压强下进行，NIL的平衡产率为3,则K'

=(用含3的最简式表示)o

(3)工业生产尿素原理是以NH3和C02为原料合成尿素[CO(NH2)2],

反应的化学方程式为2NH3(g)+CO2(g)—C0(NH2)2(l)+H20(l),该

反应的平衡常数和温度关系如图1所示：

②在一定温度和压强下，若原料气中NB和CO2的物质的量之比

（氨碳比）=黑=x,图2是氨碳比（x）与C02平衡转化率（a）的关系。

B点比A点CO?平衡转化率大的原因是o

③图2中的B点处，NH3的平衡转化率为o

【答案】（1）391（2）年符（3）①V②B点与A点

相比，c（NHj增大，平衡正向移动，CO2转化率增大③32%

【解析】（1）根据反应N2（g）+3H2（g）2NH3（g）及△H=E（反

应物键能）-E（生成物键能），AH=1X945.8+3X436-6XE（N-H）=92.2,

解得1molN-H键形成所释放的能量约等于391。

⑵根据方程式列三段式:

M(g)+3玛（g六——2阻⑶

n0130

AhX3x2x

%1-x3-3x2x

2x—xP=2^-xP=-^P,

平衡产率：（D=-——,X=CD.p(NH3)=

-3x+2x4-2co2-CD

P(N2)=—————xp=±2_xp,p(HJ=-xP=22^xp

'27l-x+3-3x+2x4-2co*l-x+3-3x+2x4-2co

~p(NH3)2

Ky=呼9半(3)①根据图像1得出温度升高，K

P(N2)P(HJ27(1-3)

.P°J[P9.

减小，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，K与T成反比说明该反

应式放热反应，则AHVO。②根据干黑=x,当x越大时，说明氨

气相对二氧化碳来说浓度增大，导致平衡向正反应方向移动，故C02

平衡转化率增大。③根据方程式列三段式:

2MA(g)+CQ(g)一

0

n04I0

△n2xxXX

j4-2xl-xXX

Oy1OQ

二氧化碳的转化率：a=-=—fx=0.64,,则氨气的转化率：«=—=—=0.32=32%o

110044

2.以高纯乩为燃料的质子交换膜燃料电池具有能量效率高、无

污染等优点，但燃料中若混有CO将显著缩短电池寿命。

(1)以甲醇为原料制取高纯庆是重要研究方向。甲醇水蒸气重整

制氢主要发生以下两个反应：

主反应:CH3OH(g)+H2O(g)=C02(g)+3H2(g)AH=+49kJ

•mol-1

副反应：H2(g)+CO2(g)=CO(g)+H20(g)△H=+41kJ-

mol

①甲醇蒸气在催化剂作用下裂解可得到&和co,则该反应的热

化学方程式为,既能加快反应速率又能提高CH3OH平衡转化率

的一种措施是0

②分析适当增大水醇比需羔对甲醇水蒸气重整制氢的好处

是O

(2)工业上用CH4与水蒸气在一定条件下制取比，原理为：CH4(g)

-1

+H20(g)^CO(g)+3H2(g)AH=+203kj-mol

3

①该反应逆反应速率表达式为：v^kc(CO)*c(H2),k为速率

常数，在某温度下测得实验数据如表：

CO浓度(mol-L此浓度(mol-L-逆反应速率(mol,L-1,min

FT)

0.05Cl4.8

C2Cl19.2

c20.158.1

由上述数据可得该温度下，该反应的逆反应速率常数k为

3_3_1

L-mol-mino

②在体积为3L的密闭容器中通入物质的量均为3mol的CH,和

水蒸气，在一定条件下发生上述反应，测得平衡时乩的体积分数与

温度及压强的关系如图所示:

则压强PiP2(填“大于”或“小于”)；N点v2M点

v逆(填“大于”或“小于”)；

(3)K和也生成NH,的反应为

1q

-N2(g)+-H2(g)^NH3(g)△H(298K)=M6.2kHnoL,标准平衡常数K，=

[p(Njff[p(C/pfl]''5,其中P"为标准压强(,Of)，PlNHJ、P(N)和

P(H?)为各组分的平衡分压，如p(NHj=x(NH3)p,P为平衡总压，

x(NHj为平衡系统中NH,的物质的量分数。已知起始时向一密闭容器

中投入3molN2和Tmol%反应;N2(g)+|H2(g)NH3(g)

在恒定温度和标准压强下进行，N&的平衡产率为＜0,则该反应的K。

=(用含①的代数式表示)。下图中可以表示标准平衡常数随温

度T的变化趋势的是(填字母)

D

【答案】⑴①CH30H(g)=C0(g)+2H2(g)AH=+90kJ•mol

-1升温

②提高甲醇的利用率，有利于抑制C0的生成或抑制副反应发生

(2)①1.2X104②大于小于(3)43(2-

3)/3⑶皿(1-a)?D

【解析】⑴①已知ICH30H(g)+H2O(g)=C02(g)+3H2(g)△

-1

H=+49kj-mol；IIH2(g)+C02(g)=CO(g)+H20(g)AH=+41

1

kj-mor；根据盖斯定律，I+H可得CH30H(g)=CO(g)+2H2(g)则

AH=+49kj*mor1++41kj«mol-1=+90kJ・mol，故甲醇蒸气裂解

得到庆和C0的化学方程式为CH30H(g)=C0(g)+2H2(g)则AH=+49

kj-mol-1++41kj*mol-1=+90kJ・mol%反应为吸热反应，升高温

度既能加快化学反应速率同时可以促使反应正向进行，提高CH3OH平

衡转化率，而增大压强能加快化学反应速率，但对正反应不利，所以

既能加快反应速率又能提高CH30H平衡转化率的一种措施是升高温度;

②适当增大水醇比(矶0：nCLOH),可视为增大乂0的量，能使CH30H

转化率增大，生成更多的小，抑制转化为C0的反应的进行，所以适

当增大水醇比(nlLO：nQWH)对甲醇水蒸气重整制氢的好处为：提高

甲醇的利用率，有利于抑制C0的生成；(2)①根据反应的逆反应速率

表达式为V逆=卜・c(C0)・5OU可知：4.8=kX0.05XC/；19.2=k

XC2XCJ；两个式子相除，得到C2=0.2,再根据第三组数据进行计

算,8.1=kX0.2X0.153,解之得k=1.2X104L3•mol-3•min1；②

由反应方程式知，该反应为体积增大的反应，温度不变时时，减小压

强，平衡向正方向移动，庆的体积分数增大，则从图象可以看出，压

强P1大于P2；温度丁3小于T”温度越高，反应速率越快，N点反应温

度低于M点温度,贝IJN点V正小于M点V逆；(3)如果a/2molN2和3a/2mol

上完全反应则生成amolNHs,NH3的平衡产率为3,则生成的n(NH3)=a

3mo1,贝(j：

1Q

反应yN2(g)+|H2(g)=NH3(g)

开始(mol)0.5a1.5a0

反应(mol)0.5a31.5a3aco

平衡(mol)0.5a(l-3)1.5a(l-(o)

平衡混合气体总物质的量=[0.5a(l-(o)+l.5a(l-(o)+a

«]mol=a(2-co)mol,「(此)=°个p",/?(//,)=p0,

2—692—69

〃(N4)=之P〃，标准平衡常数武=群熏/即5=3濡9:

2-69Lp(N2)/pJLp(H2/pJ3V3(1-G)

该反应为放热反应，所以升高温度，平衡向逆方向进行，K。减小，

纵坐标为IgK。，横坐标为温度，则该曲线为D。

3.(2021届•江苏无锡市高三期中)脱除烟气中的氮氧化物(主

要是指NO和NOD可以净化空气、改善环境，是科学家研究的重要课

题。

(DC4催化还原法。主要发生以下反应:

反应ICH4(g)+4N02(g)=4N0(g)+C02(g)+2H20(g)AH=-574kJ・

mol-1

反应IICH4(g)+4N0(g)=2N2(g)+C02(g)+2H20(g)△笈=-U60kJ・

moK1

反应mCH^g)+2N02(g)=N2(g)+CO2(g)+2H20(g)AH

①AA=_kJ.moF1

②在一恒容装置中，通入一定量CM和NOZ发生反应ID,测得在

相同时间内和不同温度下，NO2的转化率a(NO?)如图-1,则下列叙述

正确的是—o

c400,85d(500,85)

%

、100

(

Z80

O

N60

o40b(300z42)

20e(600,35)

r3(200,19)

200300400500600^℃

图-1

A.若温度维持在200℃更长时间，NO2的转化率将大于19%

B.反应速率：b点的v(逆)>e点的v(逆)

C.平衡常数：c点=~点

D.在时间t内，提高b点时NO2的转化率和反应速率，可适当

升温或增大c(CHJ

⑵氨气选择性催化还原法。主要反应为：4NH3(g)+4N0(g)+02(g)

1

—4N2(g)+6H20(g)A^-1625.5kJ-mol-；氨氮比［置券］会直

接影响该方法的脱硝率。350c时，只改变氨气的投放量，氨气的转

化率与氨氮比的关系如图-2所示。当^^>1.0时，烟气中N0浓

度反而增大，主要原因是。

00.51.01.5

/I(NH3)/W(NO)

图-2

(3)臭氧氧化法。各物质的物质的量随时间的变化如图-3所示,

X为_(填化学式)。

(4)直接电解吸收法。用6%的稀硝酸吸收NO、生成HN02(一元弱酸),

再将吸收液导入电解槽电解，使之转化为硝酸。电解装置如图-4所

Z]\o

①图中b应连接电源的—(填“正极”或“负极”)。

②a电极反应式为—o

【答案】(1)①-867②AD(2)过量氨气与氧气反应生成

NO

+

(3)N205(4)①负极(2)H20+HN02-2e=N03+3H

【解析】(D①已知：

反应I：CH4(g)+4N02(g)=4N0(g)+C02(g)+2H20(g)△H=-574kJ・

mol-1

反应II：CH4(g)+4N0(g)=2N2(g)+C02(g)+2H20(g)△笈=-1160kJ・

mol-1

反应m：CH4(g)+2N02(g)=N2(g)+C02(g)+2H20(g)A员

根据盖斯定律可知(反应I+反应IDx1即得到反应m的△即

一867kJ・mol;

②图为测得在相同时间内，在不同温度下NO2的转化率,温度400C、

500C转化率最大，处于平衡状态，之前没有到达平衡，之后升高温

度,转化率降低，平衡逆向移动。A项，图中200C时，反应没有到

达平衡，向正反应进行，温度维持在200c更长时间，NO2的转化率

将大于19%,故A正确；B项，b点反应向正反应进行，e处于平衡状

态，且E温度高，故b点的v(逆)Ve点的v(逆)，故B错误；C项,

c、d温度不同，平衡常数不同，故C错误;

D项，增大反应物浓度可以加快反应速率，提高其他物质的转化

率，b向正反应进行，当升温可以加快速率，反应继续向正反应进行

并到达平衡，故D正确；故选AD；(2)由于过量氨气与氧气反应生成

NO,所以当黑前>1.0时，烟气中N0浓度反而增大；(3)根据图-3

可知，反应物是NO?和和X为生成物，发生反应为N02(g)+03(g)

->X+O2(g),物质的变化量之比等于化学计量数之比，根据图象可知，

n(03)：n(N02)：n(02)：n(X)=2：4：2：2=1：2：1：1,则配平后的

反应为：2N02(g)+03(g)-X+02(g),根据质量守恒可知，X分子中含有

2个N原子和5个0原子，则X的化学式为明。5；(4)①用6%的稀硝

酸吸收NO,生成HN02(一元弱酸)，再将吸收液导入电解槽电解，使之

转化为硝酸，反应中亚硝酸被氧化为硝酸，a电极是阳极，b电极是

阴极，图中b应连接电源的负极。②a电极是阳极，亚硝酸转化为硝

酸，反应式为H2()+HN02-2e-=N0「+3ir。

4.(2021届•江苏南通市高三期中)研究和深度开发CO、C02的

应用对构建生态文明社会具有重要的意义。回答下列问题：

I.co可用于高炉炼铁

已知：Fe304(s)+4C0(g)=3Fe(s)+4C02(g)△Hi=akJ/mol；

3Fe203(s)+C0(g)=2Fe304(s)+C02(g)AH2=bkJ/mol；

则反应Fe203(s)+3C0(g)=2Fe(s)+3C02(g)的△&=

kj/mol(用含a、b的代数式表示)。

II.一定条件下，co2和co可以互相转化

(1)某温度下，在容积为2L的密闭容器按甲、乙两种方式投入

反应物发生反应：CO2(g)+H2(g)—C0(g)+H20(g)o

容器反应物

甲81noicO2(g)、16molH2(g)

wmolC02(g)>xmolH2(g)>ymolCO(g)、

乙

zmolH20(g)

甲容器15min后达到平衡，此时C02的转化率为75%.则

0~15min内平均反应速率v(C()2)=mol/(L,min),此

条件下该反应的平衡常数K=o欲使平衡后乙与甲

中相同组分气体的体积分数相等，则3、x、y、z需满足的关系是v

z(填或),且y=(用含

X、W的式子表示)。

⑵研究温度、压强对反应的影响：C6H5CH2CH3(g)+CO2(g)—

C6H5CH=CH2(g)+C0(g)+H20(g)AHC6H5cH2cH3(乙苯)的平衡转化率

影响如下图所示：则△!!0(填或“="),压强口、

P2、P3由小到大的排列顺序是o

(3)CO可被N02氧化，反应为C0+N02=C02+N0,当温度高于

225℃时，反应速率丫正=卜正-c(C0)4国。2)、丫逆=卜逆•c(CO2)•c(NO),

k正、k逆分别为正、逆反应速率常数。在上述温度范围内，k正、k逆

与该反应的平衡常数K之间的关系为o

【答案】⑴I.等

II.(1)0.21.8=x-2w

(2)>pi>p2>p3⑶兽=K

R逆

【解析】I.已知:@Fe304(s)+4C0(g)—3Fe(s)+4C02(g)△

H尸akj/mol；®3Fe203(s)+C0(g)-2Fe304(s)+C02(g)△

H2=bkj/mol；根据盖斯定律：咨迤可得Fe2O3(s)+3CO(g)一

2Fe(s)+3C02(g),故△也;2丫珥；附:竽4加。］；

II.(1)甲容器15min后达到平衡，此时CO2的转化率为75%,

则转化COZ为8moiX75%=6moL列三段式:

CO2(g)+H2(g)=^CO(g)+H;O(g)

起始浓度(mol/L)4800

转化浓度(mol/L)3333

平衡浓唐(mol/L)1533

3ROUL=0.2mol/(L,min)；

则075min内平均反应速率V(H2)=

15min

此条件下该反应的平衡常数K=嘿沼黯=言=1.8；欲使平衡后

乙与甲中相同组分气体的体积分数相等，则将乙中CO和40转化为

与甲初始物质一样使满足与甲中投入量等比例，甲的初始投入量为

8molCO2(g)>16molMg),则乙转化后应只有他㈤

和H2(g),故产z；同时转化为满足n(C02)：n(H2)=8：16=1：2,则

有(w+y)：(x+y)=1：2,解得y=x-2w；(2)温度升高，有利于吸热方

向，根据图，一定压强下，温度升高，乙苯的平衡转化率增大，即正

方向为吸热方向，故反应的△!!>()；又反应“C6H5cH2cH3(g)+C02(g)

=C6H5CH=H2(g)+C0(g)+H20(g)为气体体积增大的反应，压强增大,

平衡向着逆方向，乙苯的平衡转化率减小，故P1>P2>P3；(3)C0可

被NO?氧化：CO+NO20co2+NO.已知：v正=1;正・c(CO)・c(NO2)、v逆=卜逆

・c(C02)・c(N0),平衡时：v正=丫逆，故k正・(：((；0)・(:川02)=1<逆・(!((；02)

k正_C(COJXC(NO)

•c(NO),

k逆C(CO)XC(NO2)

5.(2021届•河北路南区唐山一中高三期中)氮、碳氧化物的排

放会对环境造成污染。多年来化学工作者对氮、碳的氧化物做了广泛

深入的研究并取得一些重要成果。

I.已知2N0(g)+02(g)2N02(g)的反应历程分两步:

第一步：2N0(g)—N202(g)(1^)△HKO；5正=冗正c?(NO)；V1

)s=ki逆c(N2O2)

第二步：N2O2(g)+O2(g)n2N02(g)(慢)AH2<0；v2E=k2E

2

C(N2O2)C(O2)；V2逆=1<2逆c(N02)

①在两步的反应中，哪一步反应的活化能更大(填“第一

步”或“第二步”)o

②一定温度下,反应2N0(g)+O2(g)—2N02(g)达到平衡状态,

请写出用k1正、L逆、kz正、k2逆表示的平衡常数表达式K=；

11.(1)利用CO2和CH,重整不仅可以获得合成气(主要成分为CO、

H2),还可减少温室气体的排放。已知重整过程中部分反应的热化方

程式为：

①CH4(g)=C(s)+2H2(g)AH1>0

②CO2(g)+4(g)=C0(g)+H20(g)△H2>0

③CO(g)+H2(g)=C(s)+H20(g)AH3<0

则反应CIL(g)+CO2(g)=2C0(g)+2H2(g)的AH=(用含A

Hi、AH2、△上的代数式表示)

(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)+2比(g),CH4的平衡转

化率与温度及压强(单位Pa)的关系如图所示。

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.设计如图装置（均为惰性电极）电解NazCrO,溶液制取

Na2Cr2O7,图中电解制备过程的总反应化学方程式为。

【答案】（1）1.①第二步②兽兽（3）△AH2-AH3

0逆修逆

4

大

尸

T于

i9-一

III.4Na2Cr04+4H20M2Na2Cr207+4Na0H+2H21+021

【解析】I.①.(D2N0(g)+02(g)=2N02(g)的两步反应历程中

第一步快、第二步慢，慢反应活化能更大，所以第二步反应活化能更

大；②反应达到平衡状态，则ViMVi逆，丫2正二V2逆,即ki正c?（NO）=ki逆

c(NM)，脸WACMLQN。，1二亡肃,

2N0(g)+02(g)=2Ne(g)的平衡常数上(需富。丁比;

II.(1)已知：

①CH4(g)=C(s)+2H2(g)AH1>0

②CO2(g)+4(g)=C0(g)+H20(g)AH2>0

③CO(g)+乩(g)=C(s)+H20(g)△H3<0

根据盖斯定律，反应①+反应②-反应③即可得

(^^)+829)=2(：0(8)+21121)的411=4乩+八112-八113；(2)由图乙可

知，y点在x点的正下方，x点在CIL的平衡转化率曲线上，相同条

件下，平衡时物质的转化率最大，而转化率：yVx,则y点的反应正

向进行，即v(正)大于v(逆)；由图乙可知，x点对应温度下(U的平

衡转化率为50%,根据三段式：

。。念)+CH£g).--2CO(g)+孙

起始量mol0.10.100

转化量mol0.050.050.10.1

平衡量,mol0.050.050.10.1

p2(CO)xp2(”2)=愕加葭得明匚

午供T吊奴人一一

p(CO)xp(CHj-z0.052z0.05"2；

(aJxP2)x(03xP2)”

HI.Cr(V一在酸性条件下转化为Coo,。电解NazCrO,溶液制取

Na2Cr207,应在酸性条件下进行，即右侧电极生成If,则消耗OH,发

生氧化反应，右侧为阳极，连接电源的正极，左侧为阴极，连接电源

负极；电解制备过程的总反应方程式为：4Na2Cr04+4H20^

2Na2Cr207+4Na0H+2H21+021»

6.(2021届浙江省稽阳联谊学校高三联考)探究硫及其化合物的

转化，有现实意义。

相关反应：I2S02(g)+02(g)—2S03(g)bH、

II2N0(g)+02(g)-2N02(g)△儿

IIIN02(g)+S02(g)—S03(g)+N0(g)A压

(D一定温度下，压强恒定的密闭容器中发生反应2S02(g)+02(g)

-2S03(g),下列说法正确的是

A.A直V0,反应I在较低温能自发进行

B.反应混合气组分中SO2和S03分压比不变，可作为达到化学平

衡状态的判据

C.若向反应体系中充入一定量NO2气体，有利于提高S03的平衡

产率

D.增大分压可提高S02的平衡转化率

(2)精制炉气各组分的体积分数S027%、(Ml%、482%,选择五氧

化二孤(V2O5)作催化剂合成S03,SO2的平衡转化率与反应温度和压强

的关系如图。

1.00

IMPa

0.1MP;

温度A?

①实际生产选择图中A点的反应条件，不选择B、C点理由分别

是O

②计算，D点S03的分压是Mpa（结果保留两位有效数字）

（3）已知：标准生成焰：在298K,lOOkPa条件下，由最稳定的单

质生成单位物质的量的纯物质的热效应。反应A年生成物的标准生成

靖总和一反应物的标准生成焰总和。

标准生成烙

标准生成焰

物质物质

A/mkl/mol

mkl/mol

02(g)0SO2(g)-296.9

N2(g)0SO3(g)-395.2

S（斜方硫,s）0NO(g)89.9

NO2(g)33.9

反应111N02(g)+S02(g)=SO3(g)+N0(g)A

A=k.T/mol

(4)煤炭燃烧采用钙基固硫技术可减少SO2排放，但煤炭燃烧过

程中产生的CO又会与CaS04发生化学反应，降低了脱硫效率。相关

反应的热化学方程式如下：

反应ICaS04(s)+C0(g)^=CaO(s)+S02(g)+CO2(g)A

4=218.4kJmol-1

反应IICaS04(s)+4C0(g)—CaS(s)+4CO2(g)A

港=-175.6kjmol-1

某温度下，若反应I的速率远大于反应II,反应I、II的反应

物的初始能量相等，请在图中画出反应H的过程能量变化示意图：

【答案】(l)ABD(2)①C点，温度低，影响催化剂活性；B

点，平衡转化率提高的余地小，增大压强需增加投入②6.5X10-2

能量

反应I

(3)-42.3(4)1I反应u

反应过程

【解析】(D反应I若吸热，该反应的ASVO,卜风>0,A会A

^-TA5>0,则不能自发进行；若满足AMVO,低温，该反应的AS

<0,△小A笈-TASVO,可自发进行，故A符合题意；B项，达到化

学平衡状态时，SO2分压和SO3分压不变，S02和SO3分压比也不变，故

SO2和SO3分压比不变，可作为达到化学平衡状态的判据，故B符合题

意；C项，Nth是反应I的催化剂，不影响SO3的平衡产率，故C不符

合题意；D项，增大。2分压使平衡正向移动，可提高SO2的平衡转化

率，故D符合题意；故选ABD；(2)①C点，温度低，影响催化剂活性；

B点，平衡转化率提高的余地小，增大压强需增加投入；②D点总压

仍为IMPa,SO2转化7%X90%=6.3%,O2转化3.15%,SO3生成6.3%,

总和为96.85%,SO3的体积分数为=6.5X10%SO3的分压为IMPa

X6.5X10-2=6.5X10-2MPa；(3)由盖斯定律推断，反应△所生成物的

标准生成焰-反应物的标准生成焙，代入数据：A

展(-395.2kJ/mol)+89.9kJ/mol

-[33.9kJ/mol+(-296.9kJ/mol)]=-42.3kJ/mol；(4)反应I的速率远

大于反应n,活化能反应I的速率远小于反应n,反应I吸热，生成

物能量高于反应物，反应n放热，生成物能量应低于反应物，反应

能量

II的过程能量变化示意图为：RL/5F应UO

反应过.

7.(2021届浙江省温州市高三适应性测试)二氧化碳催化加氢合

成乙烯在环境保护、资源利用、战略需求等方面具有重要意义。C02

和H2在铁系催化剂作用下发生化学反应：

I.2CO2(g)+6H2(g)—C2H4(g)+4H20(g)

II.C02(g)+H2(g)—CO(g)+H2O(g)A^>0

请回答下列问题：

⑴反应I能自发进行，则卜瓜—0(填“V”或“〉”或“=”)；

该反应自发进行的条件是o

(2)在密闭容器中通入hnolCO2和3molH2,在铁系催化剂作用下

进行反应，CO2的平衡转化率随温度和压强的变化如图所示。

-«-0.1MPa

-^-2MPa

-*-4MPa

01002003004005006007008009001000

图1T/℃

①下列说法正确的是

A.由图1可知：0.IMPa下，200℃~550℃时以反应I为主，550℃

以后以反应H为主

B.反应II化学方程式前后物质的化学计量数之和相等，所以反

应H的AS等于零

C.恒温恒压下，容器内气体的密度不变时，说明反应已达平

衡

D.其他条件不变，将CO?和上的初始物质的量比改变为2：3,

可提高C02平衡转化率

②图1中点M(350,70)、此时乙烯的选择性为(选择性：转化

的CO2中生成C2H4和C0的百分比)。计算该温度时：反应II的平衡常

数4=O

③在图1中，温度大于800C时，随着压强的增大，C02的平衡

转化率减小，请解释原因

________________________________________________O

(3)有研究表明，在铁系催化剂作用下反应I分两步进行：

iCO2(g)+H2(g)—C0(g)+H20(g)1f

ii2C0(g)+4H2(g)=C2H4(g)+2HzO(g)快

在图2中画出反应I分两步进行的“能量-反应过程图”。起点从

[2C02(g)+6H2(g)]开始

八

能

眼

2CO2（g）+6H2（g）

反应过程

图2

【答案】（l）v低温（2）①AC②R或0.62或0.615

③温度高于800C时，以反应II为主，压强增大，平衡不移动。

但压强增大，使反应I平衡正移，水蒸气浓度增大，CO2和庆浓度减

小，从而导致反应II平衡逆移，所以CO2的平衡转化率减小（3）

【解析】（D反应I能自发进行，A俏A4-7ASV0,由于该反

应的气体的分子数减小，故ASV0,则AAV0；在低温下该反应能

自发进行的；（2）①A项，由图1可知：O.IMPa下，随温度的升高，

200℃~550℃时二氧化碳的转化率减小，由于反应I的△〃<（）,以反

应I为主；550℃以后随温度的升高，二氧化碳的转化率增加，由于

反应H的A^>0,以反应口为主，故A符合题意；B项，反应H

化学方程式前后物质的化学计量数之和相等，但反应II的AS不等

于零，故B不符合题意；C项，气体的密度P=三，恒温恒压下，气

体的密度是一个变值，故容器内气体的密度不变时，说明反应已达平

衡，故C符合题意；D项，在密闭容器中通入ImolCOz和3m01H2,其

他条件不变，将CO?和庆的初始物质的量比改变为2：3,增加了CO?

的物质的量，由于外界条件的影响大于平衡的移动，CO2平衡转化率

是降低的，故D不符合题意；故选AC；②在密闭容器中通入linolCOz

和3molH2,反应C02(g)+H2(g)—CO(g)+H2O(g)，图1中点M(350,

70),即350C时二氧化碳的平衡转化率为70%,转化的二氧化碳的物

质的量为lmolX70%=0.7mol,乙烯的选择性为则转化为乙烯的

二氧化碳的物质的量为X0.7mol=0.5mol,转化为一氧化碳的二氧

化碳的物质的量为0.7mol-yX0.7moi=0.2moL根据化学方程式，

列出三段式;

CO,(g)+H,(g)一士CO(g)+H：O(g)

开始(mol)00

变化(mol)0.20.20.20.2

平衡(mol)0.20.2

2co式)g+6H式g)r=C;H4(g)+4H;O

开始(mol)00

变化(mol)0.51.50.251

平衡(mol)0.251

平衡时一氧化碳的物质的量为0.2moL水蒸气的物质的量为

0.2mol+lmol=l.2mol,二氧化碳的物质的量为

lmol-0.2mol-0.5mol=0.3moL氢气的物质的量为

0.2mol1.2mol

---------x---------

3mol-0.2mol-l.5mol=l.3mol,反应II的平衡常数3=-既「歌［

-------------X------------

VLVL

Q

=1(或0.62或0.615)；③温度高于800℃时，以反应II为主，压

强增大，平衡不移动。但压强增大，使反应I平衡正移，水蒸气浓

度增大，CO2和出浓度减小，从而导致反应II平衡逆移，所以CO?的

平衡转化率减小；(3)慢反应为吸热反应，快反应为放热反应，起点

从［2CO2(g)+6丛(g)］开始，第一步得到的产物应该为：

2C0(g)+2H20(g)+6H2(g),第二步得到的产物应该为：C2H4(g)+4H20(g),

“能量-反应过程图”可以表示为：

却/\z\

1

/2CO(g)+2H2O(g)>4H2(g)

2CO2(g)-6H2(g)°

C2H4(g)+4H2O(g)

图2反应过程

8.(2021届浙江省高三高考选考科目联考)甲醇是重要的能源以

及化工原料。

(1)已知：

⑴CH30H⑴+02(g)=C0(g)+2H20(g)△

上=一442.8kJ・mor1

1

(II)2C0(g)+02(g)=2C02(g)AH2=-566.0kJ・moK

-1

(III)H2O(l)=H2O(g)△、=44.0kJ•mol

25°C时，甲醇完全燃烧的热化学方程式为

(2)工业上利用CO?和出制甲醇：

(IV)CO2(g)+3Mg)=CH30H(g)+H20(g)△

H=-49kJ・mol^o

①借助高分子选择性吸水膜可有效提高CO2平衡利用率。其原因

是。

②下列关于反应IV的说法正确的是(填序号)。

A.有利于减少碳排放，体现了绿色化学思想

B.充分反应后，放出热量可能大于49kJ

C.降低温度可提高CH30H含量，工业生产时应控制低温

D.当气体密度保持不变时，反应一定达到平衡状态

(3)经研究发现，反应IV分两步完成：

(V)C02(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g)

(VI)CO(g)+2H2(g)—CH3OH(g)AH<0

①当1molCO?和3mol1投入密闭容器中，当反应V、VI

达到平衡后，经测定容器中n(CO,=n(CO),n(H2)=n(H20)o则混合气

体中水蒸气的体积分数为o

②下列关于反应VI的图像，不正确的是（填序号）。

JClhOIKF)

:：0(机2113「

反应温度°反应过程

③经研究发现，反应VI的速率显著低于反应V,请画出反应过

程中CO的浓度随时间的变化o

时间

【答案】2CH3OH(1)+302(g)=2C02(g)+4H20(1)△

H=-l627.6kj/mol40被吸收，使平衡右移。提高CO?的利用

率AB兽或0.3125或0.31)AC

16

【解析】

【分析】

应用盖斯定律，结合已知条件，可计算出新的热化学方程式；结

合图示信息、运用影响速率的因素、勒夏特列原理等可判断说法是否

正确；根据已知条件、通过三段式可计算成分的含量;

【详解】

⑴已知：(I)CH30H⑴+02(g)=C0(g)+2H20(g)△

1

直=—442.8kJ•mol-,(II)2C0(g)+02(g)=2C02(g)△

1-1

笈二一566.0kJ•mol,(III)H2O(l)=H2O(g)△笈=44.0kJ•mol

则按盖斯定律，由2X(1)+(H)-4X(IH)可得

2CH30H(1)+3O2(g)=2C02(g)+4H20(1)△肌则△目=2X△月I+△42-4

XA^=-l627.6kj/mol;甲醇完全燃烧的热化学方程式为：

2CH30H(1)+302(g)=2C02(g)+4H20(1)△层-1627.6kj/mol；

(2)①借助高分子选择性吸水膜，可吸收水，降低H20(g)浓度，

则CO2(g)+3H2(g)=CH30H(g)+H2O(g)向右移动，能有效提

高CO2平衡利用率；

②关于反应IV——C02(g)+3Mg)=CH30H(g)+H2O(g)

△年-49kJ-mor1：A.吸收了二氧化碳，有利于减少碳排放，体现

了绿色化学思想，A正确；B.当反应消耗的二氧化碳大于lmol时，

放出热量大于49kJ,B正确；C.反应放热，降低温度可使平衡右

移，提高CH30H含量，但是温度降低，反应速率下降，则不利于提高

产量,应综合经济效率，选择适当高的温度而不是控制低温，C错误；

D.若反应在恒温恒容的密闭容器中进行时,气体密度始终保持不变，

故密度不变不一定达到平衡状态，D错误；故选AB；

(3)①当1molCO2和3mol也投入密闭容器中，当反应V、

VI达到平衡后，经测定容器中〃(CO。=〃(CO),J7(H2)=/7(H2O)0则：设

水蒸气的物质的量/7(H20)=^,

co,(g)H式g)^—H;0(g)4€0(g)

坪台(mol)1300

捌£(mol)XXXX

平衡(mol)l^v3-xXX

CO(g)+2H?二——=CH.OH(g)

起始(mol)x3-x0

转化(mol)0.5(3-2x)3-2.v0.5(3-2^

平衡(mo1)0.5(4x-3)x0.5(3-2A)

按已知条件：Z7(CO2)=Z7(CO),则o.5(4x-3)=l—x,得x=gmol,则

O

平衡时，z?(CO2)=Z?(CO)=Imol,I?(H2)=Z7(H20)=7mol,A[CH30H(g)]=

oo

5

Imol,混合气体中水蒸气的体积分数为55fI2=1；②下列

3―J+J—+1—+—+—410

66663

关于反应VI——C0(g)+2H2(g)aCH30H(g)△火0：A项，正反

应是放热反应，升温平衡左移，K变小，但£优竽，,通常不

是线性变化，A错误；B项，温度升高，正、逆反应速率均增加，逆

反应速率增加得更快，B正确；C项，C0(g)+2H2(g)—

CH30H(g)△*()是放热反应，C错误；D项，当器号=2时,符

合化学方程式计量数，当喘小于2且逐渐增大时，既有利于平衡

右移同时随着甲醇不断生成、有利于增大混合气体中甲醇含量,

喘大于2且越大时，虽有利于平衡右移、有利于提高CO转化率,

但混合气体中甲醇含量呈下降趋势，D正确；则答案为AC；

③经研究发现，反应VI的速率显著低于反应V,则一开始反应

(V)C02(g)+H2(g)=C0(g)+H20(g)为主，CO从无到有，浓度不断增

大,等大部分二氧化碳基本消耗以后，反应(VI)C0(g)+2H2(g)

CH30H(g)为主，则CO浓度就逐渐减小直到处于平衡状态时浓度不再

变化。故反应过程中C0的浓度随时间的变化为:

9.(2021届浙江省杭州市建人高复高三模拟)(1)煤气化制合成

气(C0和H2)

-1

已知：C(s)+H2O(g)==CO(g)+H2(g)AH2=131.3kJ•mol

-1

C(s)+2H20(g)=C02(g)+2H2(g)AH2=90kJ•mol

则一氧化碳与水蒸气反应生成二氧化碳和氢气的热化学方程式

是

(2)由合成气制甲醇

合成气CO和庆在一定条件下能发生反应：CO(g)+2H2(g)

CH3OH(g)AH<0o

①在容积均为VL的甲、乙、丙、丁四个密闭容器中分别充入

amolCO和2am01上，四个容器的反应温度分别为Ti、T2>T3、T4且恒

定不变。在其他条件相同的情况下，实验测得反应进行到tmin时上

的体积分数如图所示，则丁3温度下的化学平衡常数为(用a、V

表示)

11的230

15

体0

积

分

数

7,温

②图反映的是在温度下，反应进行tmin后甲醇的体积分数与

反应物初始投料比^的关系，请画出T,温度下的变化趋势曲线。

甲

的

的

体

积

分

数

③在实际工业生产中，为测定恒温恒压条件下反应是否达到平衡

状态，可作为判断依据的是

A.容器内气体密度保持不变B.CO的体积分数保持不变

C.气体的平均相对分子质量保持不变D.C(H2)=2C(CH30H)

(3)由甲醇制烯烧

主反应：2cH30H=C2H4+2H2Oi；

3CH30H-C3H6+3H20ii

副反应：2cH30HaCH30cH3+H2Oiii

某实验室控制反应温度为400℃,在相同的反应体系中分别填装

等量的两种催化剂(Cat.1和Cat.2),以恒定的流速通入CH3OH,在相

同的压强下进行甲醇制烯煌的对比研究,得到如下实验数据(选择性:

转化的甲醇中生成乙烯和丙烯的百分比)

由图像可知，使用Cat.2反应2h后甲醇的转化率与乙烯和丙烯

的选择性均明显下降，可能的原因是(结合碰撞理论解释)

1

I1(1)CO(g)+H20(g)=C02(g)+H2(g)AH=-41.3kJ-moF

(2)①539V2/27a?

(3)该条件下2h后催化剂失活，甲