高考化学反应原理运用综合题

高考化学反应原理运用综合题浙江省选考第19题为化学反应原理综合题，主要考查热化学、电化学、化学反应速率和化学平衡、电解质溶液等主干理论知识，主要命题点有盖斯定律的应用，反应速率和化学平衡的分析，化学平衡常数的表达式书写与计算，反应条件的分析选择、生产生活中的实际应用等，试题常以填空、读图、作图、计算等形式呈现。试题一般以与生产、生活紧密联系的物质为背景材料命制组合题，各小题之间又有一定的独立性。主要考查学生的信息处理能力、学科内综合分析能力，应用反应原理解决生产实际中的具体问题，体现了“变化观念与平衡思想”的核心素养。在近几年的相关考题中，对单一因素影响的考查已经越来越少了，主要以“多因素影响”出现，考查考生的综合分析判断能力。以实际情景(场景)为背景，更能体现核心素养的要求。而在实际生产过程中，影响因素是多元化、多方位和多层次的。【例1】(2023·浙江省1月选考)“碳达峰•碳中和”是我国社会发展重大战略之一，CH4还原CO2是实现“双碳”经济的有效途径之一，相关的主要反应有：I：CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)∆H1=+247kJ•mol-1，K1II：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)∆H2=+41kJ•mol-1，K2请回答：(1)有利于提高CO2平衡转化率的条件是___________。A．低温低压 B．低温高压 C．高温低压 D．高温高压(2)反应CH4(g)+3CO2(g)4CO(g)+2H2O(g)的∆H=_________kJ•mol-1，K=_________(用K1、K2表示)。(3)恒压、750℃时，CH4和CO2按物质的量之比1：3投料，反应经如下流程(主要产物已标出)可实现CO2高效转化。①下列说法正确的是__________。A．Fe3O4可循环利用，CaO不可循环利用B．过程ii，CaO吸收CO2可促进Fe3O4氧化CO的平衡正移C．过程ii产生的H2O最终未被CaO吸收，在过程iii被排出D．相比于反应I，该流程的总反应还原1molCO2需吸收的能量更多②过程ii平衡后通入He，测得一段时间内CO物质的量上升，根据过程iii，结合平衡移动原理，解释CO物质的量上升的原因______________________________。(4)CH4还原能力(R)可衡量CO2转化效率，R=∆n(CO2)/∆n(CH4)(同一时段内CO2与CH4的物质的量变化之比)。①常压下CH4和CO2按物质的量之比1：3投料，某一时段内CH4和CO2的转化率随温度变化如图1，请在图2中画出400~1000℃之间R的变化趋势，并标明1000℃时间R值。②催化剂X可提高R值，另一时段内CH4转化率、R值随温度变化如下表：温度/℃480500520550CH4转化率/%7.911.520.234.8R2.62.42.11.8下列说法不正确的是___________A.R值提高是由于催化剂X选择性地提高反应II的速率B.温度越低，含氢产物中H2O占比越高C.温度升高，CH4转化率增加，CO2转化率降低，R值减小D.改变催化剂提高CH4转化率，R值不一定增大【答案】(1)C(2)+329K1•K22(3)①BC②通入He，CaCO3分解平衡正移，导致c(CO2)/c(CO)增大，促进Fe还原CO2平衡正移(4)

①

②C【解析】(1)反应Ⅰ为气体体积增大的吸热反应，反应Ⅱ为气体体积不变的吸热反应，△H>0，升高温度，平衡右移，CH4平衡转化率增大；降低压强，平衡右移，CH4平衡转化率增大，故有利于提高CO2平衡转化率的条件是高温低压；故选C；(2)已知：I：CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)∆H1=+247kJ•mol-1，K1II：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)∆H2=+41kJ•mol-1，K2根据盖斯定律，由Ⅰ+Ⅱ2得反应H4(g)+3CO2(g)4CO(g)+2H2O(g)；故△H=△H1+2△H2=+329kJ•mol-1，K=K1•K22；(3)①A项，根据流程可知，Fe3O4转化为Fe，Fe又转化为Fe3O4，Fe3O4可循环利用；CaCO3受热分解生成CaO和CO2,CaO又与CO2反应生成CaCO3，CaO也可循环利用，A错误；B项，过程ⅱ，CaO吸收CO2使CO2浓度降低，促进Fe3O4氧化CO的平衡正移，B正确；C项，过程ⅱCaO吸收CO2而产生的H2O最终未被CaO吸收，在过程ⅲ被排出，C正确；D项，焓变只与起始物质的量有关，与过程无关，故相比于反应Ⅰ，该流程的总反应还原1molCO2需吸收的能量一样多，D错误；故选BC；②通入He，CaCO3分解平衡正移，导致增大，促进Fe还原CO2平衡正移，故过程ⅱ平衡后通入He，测得一段时间内CO物质的量上升；(4)①根据图1可知1000℃时，CH4转化率为100%，即∆n(CH4)=1mol,CO2转化率为60%,即∆n(CO2)=3mol60%=1.8mol，故R=∆n(CO2)/∆n(CH4)==1.8，故400~1000℃间R的变化趋势如图：；②A项，R值提高是由于催化剂X选择性地提高反应Ⅱ的速率，使单位时间内反应Ⅱ中CO2的转化率增大，∆n(CO2)增大的倍数比∆n(CH4)大，则R提高，A正确；B项，根据表中数据可知，温度越低，CH4转化率越小，而R越大，∆n(CO2)增大的倍数比∆n(CH4)大，含氢产物中H2O占比越高，B正确；C项，温度升高，CH4转化率增加，CO2转化率也增大，且两个反应中的CO2转化率均增大，增大倍数多，故R值增大，C不正确；D项，改变催化剂使反应有选择性按反应Ⅰ而提高CH4转化率，若CO2转化率减小，则R值不一定增大，D正确；故选C。【例2】(2022·浙江省6月选考)主要成分为H2S的工业废气的回收利用有重要意义。(1)回收单质硫。将三分之一的H2S燃烧，产生的SO2与其余H2S混合后反应：。在某温度下达到平衡，测得密闭系统中各组分浓度分别为c(H2S)=2.0mol·L－1、c(SO2)=5.0mol·L－1、c(H2O)=4.0mol·L－1，计算该温度下的平衡常数_______。(2)热解H2S制H2。根据文献，将H2S和CH4的混合气体导入石英管反应器热解(一边进料，另一边出料)，发生如下反应：Ⅰ

2H2S(g)2H2(g)+S2(g)ΔH1＝170kJ·mol−1Ⅱ

CH4(g)+S2(g)CS2(g)+2H2(g)ΔH2＝64kJ·mol−1总反应：Ⅲ

2H2S(g)+CH4(g)CS2(g)+4H2(g)投料按体积之比V(H2S)：V(CH4)=2：1，并用N2稀释；常压，不同温度下反应相同时间后，测得H2和CS2体积分数如下表：温度/℃9501000105011001150H2/V(%)0.51.53.65.58.5CS2/V(%)0.00.00.10.41.8请回答：①反应Ⅲ能自发进行的条件是_______。②下列说法正确的是_______。A．其他条件不变时，用Ar替代N2作稀释气体，对实验结果几乎无影响B．其他条件不变时，温度越高，H2S的转化率越高C．由实验数据推出H2S中的S-H键强于CH4中的键D．恒温恒压下，增加N2的体积分数，H2的浓度升高③若将反应Ⅲ看成由反应Ⅰ和反应Ⅱ两步进行，画出由反应原料经两步生成产物的反应过程能量示意图_______。④在1000℃，常压下，保持通入的H2S体积分数不变，提高投料比[V(H2S)：V(CH4)]，H2S的转化率不变，原因是_______。⑤在950℃~1150℃范围内(其他条件不变)，S2(g)的体积分数随温度升高发生变化，写出该变化规律并分析原因_______。【答案】(1)8×108L·mol－1(2)

高温

AB

1000℃时CH4不参与反应，相同分压的H2S经历相同的时间转化率相同

先升后降；在低温段，以反应Ⅰ为主，随温度升高，S2(g)的体积分数增大；在高温段，随温度升高；反应Ⅱ消耗S2的速率大于反应Ⅰ生成S2的速率，S2(g)的体积分数减小【解析】(1)根据方程式可知该温度下平衡常数K＝=；(2)①根据盖斯定律可知Ⅰ+Ⅱ即得到反应Ⅲ的ΔH＝234kJ/mol，这说明反应Ⅲ是吸热的体积增大(即ΔS＞0)的反应，根据ΔG＝ΔH－TΔS＜0可自发进行可知反应Ⅲ自发进行的条件是高温下自发进行；②A项，Ar是稀有气体，与体系中物质不反应，所以其他条件不变时，用Ar替代N2作稀释气体，对实验结果几乎无影响，A正确；B项，正反应吸热，升高温度平衡正向进行，温度越高，H2S的转化率越高，B正确；C项，根据表中数据无法得出H2S中S-H键和CH4中C-H键的相对强弱，事实上C-H键的键能大于S-H键键能，C错误；D项，恒温恒压下，增加N2的体积分数，相当于减压，平衡正向进行，H2的物质的量增加，容器容积增加，H2浓度减小，D错误；故选AB；③反应I、反应Ⅱ和反应Ⅲ均是吸热反应，则反应过程能量示意图可表示为；④根据表中数据可知1000℃时CH4不参与反应，相同分压的H2S经历相同的时间转化率相同，所以在1000℃常压下，保持通入的H2S体积分数不变，提高投料比时H2S的转化率不变；⑤由于在低温段，以反应Ⅰ为主，随温度升高，S2(g)的体积分数增大；在高温段，随温度升高；反应Ⅱ消耗S2的速率大于反应Ⅰ生成S2的速率，S2(g)的体积分数减小，因此变化规律是先升后降。1．化学反应原理题答题“五要素”2．速率与化学平衡的计算模式化学平衡计算的最基本的方法模式是“平衡三段式法”。具体步骤是在化学方程式下写出有关物质起始时的物质的量、发生转化的物质的量、平衡时的物质的量(也可以是物质的量浓度或同温同压下气体的体积)，再根据题意列式求解。mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)n(起始)/molab00n(转化)/molmxnxpxqxn(平衡)/mola－mxb－nxpxqx起始、转化、平衡是化学平衡计算的“三步曲”。【变式1】氨气是一种重要的化工原料。请回答：(1)已知：化学键H-HN-H键能/(kJ·mol－1)945436390.8写出由氢气和氮气合成氨气的热化学方程式___________。(2)下列关于工业合成氨的说法不正确的是___________。A．反应温度控制在400~500℃左右，主是为了提高NH3的产率B．为了防止混有杂质的原料气使催化剂“中毒”，必须对原料气净化处理C．采用高压的目的只是为了提高反应的速率D．工业上为了提高H2的转化率，可适当增大H2的浓度E．生产过程中将NH3液化分离，并及时补充N2和H2，有利于氨的合成(3)在其他条件相同时，某同学研究该氨气合成反应在不同催化剂I或II作用下，反应相同时间时，N2的转化率随反应温度的变化情况。请在图中补充后的变化情况____________。(4)在25℃下，将NH3溶于水制成氨水，取amol·L-1的氨水与0.01mol·L-1的盐酸等体积混合，反应后溶液中c(NH4+)c(-)。用含a的代数式表示NH3·H2O的电离平衡常数Kb=________。(5)工业上用NH3催化还原NO可以消除氮氧化物的污染。如下图，采用NH3作还原剂，烟气以一定的流速通过两种不同催化剂，测量逸出气体中氮氧化物含量，从而确定烟气脱氮率(注：脱氮率即氮氧化物转化率)，反应原理为：NO(g)+NO2(g)+2NH3(g)2N2(g)+3H2O(g)。以下说法正确的是___________。A．相同条件下，改变压强对脱氮率没有影响B．在交叉点A处，不管使用哪种催化剂，上述反应都未达平衡C．催化剂①、②分别适合于250℃和450℃左右脱氮D．由曲线②温度升高到一定程度后脱氮率下降可推知该反应为放热反应【变式2】利用工业废气CO2制甲醇Ⅰ：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)△H1，可以一定程度摆脱当下对化石燃料的依赖。用CO2为碳源制备甲醇，为早日实现“碳达峰、碳中和”提供了一种较好的研究方向。(1)上述反应的△H1___0(填“>”或“<”)，理由是__________________________。(2)在VL密闭容器中，充入不同氢碳比的原料气体，控制温度600K，发生上述反应，请在图中画出CH3OH在混合气体中的平衡体积分数随氢碳比递增的变化趋势___。(3)将1.0molCO2和3.0molH2充入2L恒容密闭容器中，使其按反应Ⅰ进行，在不同催化剂作用下，相同时间内CO2的转化率随温度变化如图所示。下列说法正确的是___。A．T3对应的平衡常数小于T4对应的平衡常数B．根据图中曲线分析，催化剂Ⅰ的催化效果好C．b点v正可能等于v逆D．a点的转化率比c点高可能的原因是该反应为放热反应，升温平衡逆向移动，转化率降低(4)某工业废气中含CO26.76%，含CO4.5×10-50%，请结合以下化学方程式：Ⅰ.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)△H1Ⅱ.CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)△H2(2△H1=△H2)分析为何工业废气制甲醇选取CO2而不选CO作碳源：_________________________。(5)现向恒温恒压(0.1MPa)的密闭容器中充入1molCO2，3molH2和6molHe，上述反应达平衡时，测得CO2的转化率为0.2，则该反应的Kp=_____________MPa-2。(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数，结果保留小数点后1位)(6)CO2制备CH3OH的过程中，往往伴随着另一反应发生：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)△H3=40.9kJ•mol-1，从而导致CH3OH的选择性下降，有研究表明，在原料气中掺入适量CO，能提高CH3OH的选择性，试说明其可能的原因：________________。1．(2023·浙南名校七彩联盟高三选考模拟)合成氨在国民经济中占有十分重要的地位。(1)制备原料气阶段：以煤、焦炭、水蒸气、空气为原料在如图反应器中合成氢气。氧化层中进行的反应：Ⅰ、C(s)＋O2(g)=O2(g)ΔH＝－393.8kJ·mol－1Ⅱ、2C(s)＋O2(g)=O(g)ΔH＝－221.2kJ·mol－1还原层中进行的反应：Ⅲ、C(s)＋2H2O(g)=O2(g)+2H2(g)ΔH＝+90.8kJ·mol－1Ⅳ、C(s)＋H2O(g)=O(g)+H2(g)ΔH＝+131.4kJ·mol－1①在还原层中在产物中的体积分数为，写出反应的热化学方程式：___________。②下列说法正确的是___________A．氧化层能维持炉中的反应温度B．升温可提高还原区CO2的平衡选择性，减少CO的排放C．氧化区中的反应、。D．若通入的，后续必须要补充才可作为制氨的原料气(2)氨的合成阶段：气固相合成催化①氨合成阶段N2(g)+3H2(g)2NH3(g)在低温时主要由速率控制NH3的产率，已知在接近平衡时：(—氨合成反应的净速率；，—正、逆反应速率常数；，，—N2，H2，NH3的分压；为常数，与催化剂有关，经实验测定以铁为主的氨合成催化剂，试用，表示氨合成反应的平衡常数KP=___________)。②已知，320℃恒温1L的容器中通入一定量的H2和N2，NH3的产率随时间变化关系如图所示。起始温度为320℃绝热1L的容器中通入与恒温时相同量的H2和N2在时刻达到平衡后，调整装置保持320℃，在时刻重新达到平衡。画出投料后到时刻容器内的NH3的产率随时间变化关系曲线___________。(3)氨水催化吸收H2S是小型合成氨厂广泛采用的脱硫方法。原料气中H2S在脱硫塔中被氨吸收得到NH4HS。补充完成在吸收液中添加对苯二酚(作为载氧体和催化剂)，回收单质硫的化学方程式。Ⅰ：Ⅱ：___________2．(2023·浙江省强基联盟高三12月联考)以“水煤气”为原料合成氨，需在变换塔中将CO变换成H2，变换塔中主要发生的反应为：主反应：

H2O(g)+CO2(g)CO2(g)+H2(g)ΔH1＜0副反应：

2H2(g)+CO2(g)CH3OH(g)ΔH2＜0(1)关于合成氨工艺的下列理解，正确的有_______。A．在合成氨时，控制温度远高于室温，是为了保证尽可能高平衡转化率和反应速率B．在一定压强下，随着温度的升高，变换塔中CO与CO2的物质的量之比增大C．为提高原料中H2转化率，应向反应器中加入适当过量的空气D．体系温度升高，可能导致催化剂失活，用热交换器将原料气可预热并使反应体系冷却(2)相对压力平衡常数的表达式就是在浓度平衡常数表达式中，用相对分压代替浓度。气体B的相对分压等于其分压p(B)(单位为kPa)除以标准压强，其分压p(B)=p·x(B)，p为平衡总压强，x(B)为平衡系统中B的物质的量分数。变换塔中恒容条件下充入1.0molCO、1.4molH2O、1.0molH2、0.5molN2，T℃下，反应达到平衡后，测得CO20.7mol和CH3OH0.1mol。则T℃时，主反应的相对压力平衡常数_______。(3)变换塔中主反应正逆反应速率可以表示为：，，和都是温度的函数。在图中画出、随温变化的趋势。_______(4)以煤为原料生产水煤气，反应过程如下：反应过程化学方程式焓变ΔH/(kJ·mol－1)送风(空气)发热C(s)＋O2(g)CO2(g)通水(蒸气)制气C(s)＋H2O(g)H2(g)+CO(g)131副反应C(s)＋CO2(g)2CO(g)172为维持炉温，送风发热和制气交替进行，但实际送风发热产生的热量远远多于制气所需热量，其原因是_______。(5)研究发现在以Fe3+为主的催化剂上NH3也可还原NO(需O2参与反应)，可能发生的反应过程如下，用化学方程式补充该催化反应历程(反应机理)：(a)Fe3++NH3=Fe2+-NH2+H+，(b)_______，(c)4Fe2++4H++O2=4Fe3++2H2O。3．(2023·浙江省(杭州二中、温州中学、金华一中、绍兴一中)四校高三联考)我国已正式公布实现“碳达峰”、“碳中和”的时间和目标，使含碳化合物的综合利用更受关注和重视。CO2甲烷化目前被认为是实现碳循环利用最实用有效的技术之一，也是目前控制二氧化碳排放的研究热点之一。回答下列问题：(1)二氧化碳与氢气重整体系中涉及的主要反应如下：I.4H2(g)+CO2(g)CH4(g)+2H2O(g)ΔH1＝－165kJ·mol－1Ⅱ.H2(g)+CO2(g)CO(g)+2H2O(g)ΔH2＝+41kJ·mol－1Ⅲ.CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)ΔH反应Ⅲ自发进行的条件是_______；恒温恒容密闭容器中，等物质的量的CO2与CH4发生反应Ⅲ，下列事实能说明该反应达到化学平衡状态的是_______。A．CO2与CH4的有效碰撞次数不变

B．相同时间内形成C-H键和H-H键的数目相等C．混合气体的平均相对分子质量不变

D．CO2和CO物质的量之和保持不变(2)一定温度下，向恒容密闭容器中以体积比为1：3充入CO2和H2，发生反应Ⅰ和反应Ⅱ，实验测得平衡体系中各组分的体积分数与温度的关系如图1所示。①其中表示CO2的体积分数与温度关系的曲线为_______(填“L1”、“L2”或“L3”)；T1℃之后，H2O(g)平衡体积分数随温度的变化程度小于CH4平衡体积分数随温度的变化程度的原因是_______；②T1℃时，CO的平衡分压_______(填“>”、“<”或“=”)T2℃时CO的平衡分压。测得T1℃时CO2的平衡转化率为50%，H2O(g)的分压为p0，则反应Ⅱ的平衡常数KP=_______(KP是用分压表示的平衡常数)。(3)瑞典化学阿伦尼乌斯(Arrhenius)创立的化学反应速率常数随温度变化关系的经验公式为：(为活化能-假设受温度影响忽略不计，k为速率常数，R和C为常数)，为探究催化剂m、n的催化效率，进行了相应的实验，依据实验数据获得图2曲线。在催化剂m作用下，该反应的活化能_______J・mol-1。假设催化剂n的催化效率大于m的催化效率，请在图2中画出催化剂n的相应曲线图和标注。_____4．(2023·浙江省丽水、湖州、衢州三地市高三教学质量检测)我国力争于2030年前做到CO2的排放不再增长。CH4与CO2重整是CO2利用的研究热点之一。该重整反应体系主要涉及以下反应：Ⅰ．CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)Ⅱ．CH4(g)C(s)+2H2(g)Ⅲ．CO(g)+H2(gH2O(g)+C(s)(1)设Kpr为相对压力平衡常数，其表达式写法：在浓度平衡常数表达式中，用相对分压代替浓度。如气体B的相对分压等于其分压pB(pB＝xB×p总，xB为平衡系统中B的物质的量分数)除以p0(p0＝100kPa)。反应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的lnKpr随的变化如图1所示。

图1①反应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中，属放热反应的是____________。②图中A点对应温度下，原料组成为n(CO2)：n(CH4)＝1：1、初始总压为100kPa的恒容密闭容器中进行反应，体系达到平衡时H2的分压为30kPa。CH4的平衡转化率为____________。(2)二氧化碳加氢制甲醇是研究的另一热点，其总反应可表示为：Ⅳ．CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，该反应一般认为通过如下步骤来实现：Ⅴ．CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)∆H1＝+41kJ·mol−1Ⅵ．CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)∆H2＝−90kJ·mol−1①反应Ⅴ的∆S______。A大于0

B．小于0

C．等于0

D．无法判断②若反应Ⅴ为慢反应，请在图2中画出上述反应能量变化的示意图______。③不同压强下按照n(CO2)：n(H2)＝1：3投料，实验测定CO2的平衡转化率随温度的变化关系如图3所示。T1温度时，三条曲线几乎交于一点的原因是__________________。5．(2023·浙江省高三选考科目适应性考试)卤素的单质和化合物在生产和生活中应用广泛。(1)下图是金属镁和卤素反应的能量变化图(反应物和产物均为298K时的稳定状态)。①图中四种MgX2的热稳定由小到大的顺序是：_______。②MgBr2(s)+Cl2(g)MgCl2(s)+Br2(g)

△H=_______kJ∙mol-1。某温度下，在密闭恒容容器中放入一定量MgBr2(s)和Cl2(g)进行该反应，一定时间后不能说明该反应已经达到平衡的是_______。(选填序号)。A．容器内的压强不再改变

B．混合气体的密度不再改变C．混合气体的颜色不再改变

D．混合气体的平均相对分子质量不再改变E．容器内的固体的质量不再改变③工业上用金属Mg与I2反应制取MgI2时，常加入少量水，水的作用是_______。④AgBr常用作感光剂和镇静剂，工业制得的AgBr固体常含有AgCl固体。现有含AgCl质量分数为14.35％的AgBr固体100.00g，可用饱和KBr溶液一次性浸泡，恰好溶解除去AgCl固体，需要5.015mol∙L-1的饱和KBr溶液的体积至少为_______mL。(保留4位有效数字)(已知常温下Ksp(ABr)=5.418×10-13，Ksp(AgCl)=1.806×10-10)(2)将一定量的PCl5(g)在T℃、Po压强下发生反应：PCl5(g)PCl3(g)+Cl2(g)，测得平衡时PCl5的分解率为a，求该温度下此反应的平衡常数Kp=_______。(用含a的式子表示。其中、、为各组分的平衡分压，如，p为平衡总压，为平衡系统中PCl5的物质的量分数)(3)向11mL0.40mol∙L-1H2O2溶液中加入适量FeCl3溶液，16分钟时测得生成O2的体积(已折算为标准状况)为44.8mL。资料显示，反应分两步进行：①2Fe3++H2O2=2Fe2++O2↑+2H+，②2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O。反应过程中能量变化如图1所示，在图2中画出在0～16分钟内产生O2的物质的量随时间的变化示意图_______。6．(2023·浙江省杭州高级中学选考模拟)当今，世界多国相继规划了碳达峰、碳中和的时间节点。因此，研发二氧化碳利用技术，降低空气中二氧化碳含量成为研究热点。(1)在C和O2的反应体系中：反应1：C(s)＋O2(g)CO2(g)ΔH1＝-394kJ·mol−1反应2：2CO(g)＋O2(g)2CO2(g)ΔH2＝-566kJ·mol−1反应3：2C(s)＋O2(g)2CO(g)ΔH3。设，反应1、2和3的y随温度的变化关系如图所示。图中对应于反应3的线条是____。(2)雨水中含有来自大气的CO2，溶于水中的CO2进一步和水反应，发生电离：①CO2(g)CO2(aq)②CO2(aq)＋H2O(l)=H+(aq)+HCO3-(aq)

25℃时，反应②的平衡常数为K2。溶液中CO2的浓度与其在空气中的分压成正比(分压=总压×物质的量分数)，比例系数为，当大气压强为，大气中CO2(g)的物质的量分数为时，溶液中浓度为_______(写出表达式，考虑水的电离，忽略HCO3-的电离)(3)在某CO2催化加氢制CH3OH的反应体系中，发生的主要反应有：I.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)△H1=+41.1kJ•mol-1II.CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)△H2=-90kJ•mol-1III.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)△H3=-48.9kJ•mol-1时，往某密闭容器中按投料比n(H2)/n(CO2)=3：1充入H2和CO2。反应达到平衡时，测得各组分的物质的量分数随温度变化的曲线如图所示。①图中Y代表_______(填化学式)。②体系中CO2的物质的量分数受温度的影响不大，原因是_______。③在下图中画出n(H2)/n(CO2)随温度变化趋势图_______。7．(2023·浙江省9+1高中联盟高三联考)氮及其化合物在工农业生产中有着重要的应用。(1)在一定温度下，氨气溶于水的过程及其平衡常数为：NH3(g)NH3(aq)

NH3(aq)+H2O(1)NH4+(aq)+OH-(aq)

K2其中P为NH3(g)的平衡压强，c(NH3)为NH3在水溶液中的平衡浓度。设氮气在水中的溶解度S=c(NH3)+c(NH4+)，则用P、K1和K2表示S的代数式为_______。(2)氨在催化氧化反应时发生如下反应：I.

4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g) ΔH1=-992kJ·mol－1II.

4NH3(g)+4O2(g)2N2O(g)+6H2O(g) ΔH2=-1118kJ·mol－1III.4NH3(g)+3O2(g)2N2(g)+6H2O(g) ΔH3=-1282kJ·mol－1反应I在常压下自发进行的条件是_______。②将一定比例的NH3和O2的混合气体以一定流速通过装有催化剂的反应管，NH3的转化率、生成N2的选择率与温度的关系如图所示。下列说法正确的是_______。A．其他条件不变，升高温度，NH3的平衡转化率增大B．其他条件不变，在175～300℃范围，随温度的升高，出口处N2的物质的量先增大后减小C．催化氧化除去尾气中的NH3应选择反应温度高于250℃D．随温度的升高，N2选择性下降的原因可能为催化剂对生成N2的反应活性下降，副反应的速率变大(3)NO的氧化反应：2NO(g)+O2(g)2NO2(g)，分两步进行。I.2NO(g)N2O2(g)

ΔH1II.N2O2(g)+O2(g)2NO2(g)

ΔH2已知：i.决定氧化反应速率的是步骤“II”ii.ΔH2＜ΔH1＜0，反应I的活化能为Ea1，反应II的活化能为Ea2请在图中画出氧化反应的过程能量示意图(必要的地方请标注)_______。②某工业制硝酸流程中，进入反应塔的混合气体中和O2发生化学反应：2NO(g)+O2(g)2NO2(g)，在其他条件相同时，测得实验数据如下表：压强/(×10-5Pa)温度/℃NO达到所列转化率需要时间/s50％90％98％1.03012250283090255105760NO氧化生成NO2反应的反应速率随温度的升高而_______(填升高、降低或不变)，试分析其原因_______。8．(2023·浙江省绍兴市高三选考科目诊断性联考)丙烷脱氢氧化是丙烷脱氢制丙烯技术的进一步发展，反应过程中伴有生成甲烷、乙烷等物质副反应，涉及反应如下：主反应Ⅰ：C3H8(g)C3H6(g)+H2(g) ΔH1=+124.3kJ·mol－1副反应Ⅱ：C3H8(g)CH4(g)+C2H4(g) ΔH2

ΔS2=+135.4J·K-1·mol－1Ⅲ：C2H4(g)+H2(g)C2H6(g) ΔH3=-136.9kJ·mol－1Ⅳ：C3H8(g)+H2(g)CH4(g)+C2H6(g) ΔH4=-55.6kJ·mol－1(1)判断反应Ⅱ自发进行可用ΔG=ΔH-TΔS来表述，若ΔG＜0，反应能自发进行。反应Ⅱ在1000K时能自发进行的理由_______。(要列出计算过程)(2)若仅考虑主反应Ⅰ，一定温度下，向恒压密闭容器中通入一定量丙烷，反应后测得的组分的平衡压强(即组分的物质的量分数×总压)为：C3H8MPa、H2MPa①该温度下反应的平衡常数KP的数值为_______。(单位用MPa，保留3位有效数字)②平衡时丙烷的转化率为_______。(3)对于反应Ⅰ，某课题组研究设计一套丙烷连续催化脱氢装置如图。①将1mol丙烷(温度为590℃)以恒定的流速依次逐个通过三个相同的装置，画出丙烯的产率随着时间的变化阶段二和阶段三的图像。(每个阶段反应均未达到平衡)_______②为提高丙烯的产率，向a、b管中同时通入适量的O2，需要适量O2的理由是_______。(4)下列说法正确的是_______。A．对于主反应Ⅰ，其他条件不变，充入H2，该反应的平衡常数减小B．若只考虑反应Ⅳ，恒温恒容下充入原料气体，若压强不变则该反应达到了平衡C．副反应Ⅲ对应的是右图中反应(3)D．主反应断裂C-H键，副反应Ⅱ、Ⅳ断裂C-C键，由图可知高温条件下断裂C-C键更容易，因此要选择合适的催化剂在合适的温度下低压合成比较有利主反应9．(2023·山东省济宁市统考一模)2022年12月中央经济工作会议强调，“加快新能源、绿色低碳等前沿技术研发和应用推广”。CO2甲烷化是目前研究的热点方向之一，在环境保护方面显示出较大潜力。其主要反应如下：反应Ⅰ：CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)△H1反应Ⅱ：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)△H2＞0回答下列问题：(1)在体积相等的多个恒容密闭容器中。分别充入1molCO2和4molH2发生上述反应Ⅰ(忽略反应Ⅱ)，在不同温度下反应相同时间，测得、H2转化率与温度关系如图所示。已知该反应的速率方程为，，其中、为速率常数，只受温度影响。图中信息可知，代表曲线的是_______(填“MH”或“NG”)，反应Ⅰ活化能Ea(正)_______Ea(逆)(填“>”或“＜”)；c点的K(平衡常数)与Q(浓度商)的等式关系_______(用含、的代数式表示)，温度下反应达到平衡，体系压强为p，则_______。(2)向恒压密闭装置中充入5molCO2和20molH2，不同温度下同时发生反应Ⅰ和反应Ⅱ，达到平衡时其中两种含碳物质的物质的量与温度T的关系如下图所示图中缺少_______(填含碳物质的分子式)物质的量与温度的关系变化曲线，随温度升高该物质的变化趋势为_______，800℃时，CH4的产率为_______。10．(2023·广东省名校联盟高三大联考)二氧化碳、甲烷等是主要的温室气体。研发二氧化碳和甲烷的利用技术对治理生态环境具有重要意义。已知：常温常压下，一些物质的燃烧热如表所示。物质CH4(g)H2(g)CO(g)燃烧热(△H)/(kJ•mol-1)-890.3-285.8-283.0回答下列问题：(1)在催化剂作用下，甲烷的催化重整是制备合成气的重要方法，写出CH4(g)与CO2(g)反应生成CO(g)和H2(g)的热化学方程式：______。(2)在恒温恒容密闭容器中，通入一定量的CH4、CO2发生催化重整反应。①下列能说明该反应达到化学平衡状态的是______(填标号)。A．混合气体的平均相对分子质量不再变化

B．v正(CH4)=2v逆(CO)C．CO与H2浓度的比值不再变化

D．容器内混合气体的密度不再变化②当投料比=1.0时，CO2的平衡转化率(α)与温度(T)、初始压强(p)的关系如图所示。由图可知：压强p1______2MPa(填“＞”、“＜”或“=”)；当温度为T3、初始压强为2MPa时，a点的v逆______v正(填“＞”、“＜”或“=”)。起始时向1L恒容容器中加入2molCH4和2molCO2，在温度为T6、初始压强为2MPa条件下反应，用压强表示该反应的平衡常数Kp=______(分压=总压×物质的量分数)。(3)我国科学家对甲烷和水蒸气催化重整反应机理也进行了广泛研究，通常认为该反应分两步进行。第一步：CH4催化裂解生成H2和碳(或碳氢物种)，其中碳(或碳氢物种)吸附在催化剂上，如CH4→+(2-)H2；第二步：碳(或碳氢物种)和H2O反应生成CO2和H2，如+2H2O→CO2+(2+)H2。反应过程和能量变化残图如图：判断过程______(填序号)加入了催化剂，原因是______。控制整个过程②反应速率的是第Ⅱ步，其原因为______。11．(2023·广东省佛山市统考一模)碳中和是我国的重要战略目标，以H2和CO2为原料合成CH4受到广泛关注。该过程主要涉及以下反应：反应I：CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)△H1＜0反应II：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)△H2＞0回答下列问题：(1)已知：ΔG=ΔH-TΔS，反应I的ΔS_______0(填“>”、“<”或“=”)，反应I和II的吉布斯自由能(ΔG)与热力学温度(T)之间的关系如图所示，△H1=_______。(2)向密闭容器中充入3molH2、1molCO2反应合成CH4，平衡时各组分的体积分数随温度变化如图所示。①在工业上，常选用350℃作为合成温度，原因是_______。②450℃时CO2对甲烷的选择性=_______(保留2位有效数字，已知：选择性=生成CH4的物质的量/参与反应的CO2的物质的量)，该温度下反应II的KP=_______。(保留2位有效数字，已知：分压=组分物质的量分数×总压)(3)光催化剂在光能作用下，电子发生跃迁，形成类似于电解池的阴阳极，将CO2转变为CH4。酸性环境下该过程的电极反应式为_______。1．(2022·浙江省1月选考)工业上，以煤炭为原料，通入一定比例的空气和水蒸气，经过系列反应可以得到满足不同需求的原料气。请回答：(1)在C和O2的反应体系中：反应1：C(s)+O2(g)=CO2(g)ΔH1=-394kJ·mol-1反应2：2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)ΔH2=-566kJ·mol-1反应3：2C(s)+O2(g)=2CO(g)ΔH3。①设y=ΔH-TΔS，反应1、2和3的y随温度的变化关系如图1所示。图中对应于反应3的线条是___________。②一定压强下，随着温度的升高，气体中CO与CO2的物质的量之比______。A．不变B．增大C．减小D．无法判断(2)水煤气反应：C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)ΔH=131kJ·mol-1。工业生产水煤气时，通常交替通入合适量的空气和水蒸气与煤炭反应，其理由是__________________。(3)一氧化碳变换反应：CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)ΔH=-41kJ·mol-1。①一定温度下，反应后测得各组分的平衡压强(即组分的物质的量分数×总压)：p(CO)=0.25MPa、p(H2O)=0.25MPa、p(CO2)=0.75MPa和p(H2)=0.75MPa，则反应的平衡常数K的数值为________。②维持与题①相同的温度和总压，提高水蒸气的比例，使CO的平衡转化率提高到90%，则原料气中水蒸气和CO的物质的量之比为________。③生产过程中，为了提高变换反应的速率，下列措施中合适的是________。A．反应温度愈高愈好B．适当提高反应物压强C．选择合适的催化剂D．通入一定量的氮气④以固体催化剂M催化变换反应，若水蒸气分子首先被催化剂的活性表面吸附而解离，能量-反应过程如图2所示。用两个化学方程式表示该催化反应历程(反应机理)：步骤Ⅰ：__________________；步骤Ⅱ：_______________________。2．(2021·浙江6月选考)含硫化合物是实验室和工业上的常用化学品。请回答：(1)实验室可用铜与浓硫酸反应制备少量SO2：Cu(s)＋2H2SO4(l)==CuSO4(s)＋SO2(g)＋2H2O(l)ΔH＝-11.9kJ·mol−1。判断该反应的自发性并说明理由_______。(2)已知2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)ΔH＝-198kJ·mol−1。850K时，在一恒容密闭反应器中充入一定量的SO2和O2，当反应达到平衡后测得SO2、O2和SO3的浓度分别为6.0×10-3mol·L－1、8.0×10-3mol·L－1和4.4×10-2mol·L－1。①该温度下反应的平衡常数为_______。②平衡时SO2的转化率为_______。(3)工业上主要采用接触法由含硫矿石制备硫酸。①下列说法正确的是_______。A．须采用高温高压的反应条件使SO2氧化为SO3B．进入接触室之前的气流无需净化处理C．通入过量的空气可以提高含硫矿石和SO2的转化率D．在吸收塔中宜采用水或稀硫酸吸收SO3以提高吸收速率②接触室结构如图1所示，其中1~4表示催化剂层。图2所示进程中表示热交换过程的是_______。A．a1→b1B．b1→a2C．a2→b2D．B2→a3E.a3→b3F.B3→a4G.a4→b4③对于放热的可逆反应，某一给定转化率下，最大反应速率对应的温度称为最适宜温度。在图3中画出反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)的转化率与最适宜温度(曲线Ⅰ)、平衡转化率与温度(曲线Ⅱ)的关系曲线示意图(标明曲线Ⅰ、Ⅱ)_______。(4)一定条件下，在Na2S-H2SO4-H2O2溶液体系中，检测得到pH-时间振荡曲线如图4，同时观察到体系由澄清→浑浊→澄清的周期性变化。可用一组离子方程式表示每一个周期内的反应进程，请补充其中的2个离子方程式。Ⅰ.S2-+H+=HS-Ⅱ.①_______；Ⅲ.HS-+H2O2+H+=S↓+2H2O；Ⅳ.②_______。3．(2021·浙江1月选考)“氯碱工业”以电解饱和食盐水为基础制取氯气等产品，氯气是实验室和工业上的常用气体。请回答：(1)电解饱和食盐水制取氯气的化学方程式是______。(2)下列说法不正确的是______。A．可采用碱石灰干燥氯气B．可通过排饱和食盐水法收集氯气C．常温下，可通过加压使氯气液化而储存于钢瓶中D．工业上，常用氢气和氯气反应生成的氯化氢溶于水制取盐酸(3)在一定温度下，氯气溶于水的过程及其平衡常数为：Cl2(g)Cl2(aq)K1=c(Cl2)/pCl2(aq)+H2O(l)H+(aq)+Cl-(aq)+HClO(aq)K2其中p为Cl2(g)的平衡压强，c(Cl2)为Cl2在水溶液中的平衡浓度。①Cl2(g)Cl2(aq)的焓变ΔH1______0。(填”>”、“=”或“<”)②平衡常数K2的表达式为K2=______。③氯气在水中的溶解度(以物质的量浓度表示)为c，则c=______。(用平衡压强p和上述平衡常数表示，忽略HClO的电离)(4)工业上，常采用“加碳氯化”的方法以高钛渣(主要成分为TiO2)为原料生产TiCl4，相应的化学方程式为；I.TiO2(s)+2Cl2(g)TiCl4(g)+O2(g)ΔHI=181mol·L-1，KI=-3.4×10-29II.2C(s)+O2(g)2CO(g)ΔHII=-221mol·L-1，KII=1.2×1048结合数据说明氯化过程中加碳的理由______。(5)在一定温度下，以I2为催化剂，氯苯和Cl2在CS2中发生平行反应，分别生成邻二氯苯和对二氯苯，两产物浓度之比与反应时