2021届高考化学二轮备考训练：化学反应原理综合题（解析版）

化学反应原理综合题【原卷】

1.(2021•重庆高三模拟)合成气的生产和应用在化学工业中有极为重要的地位。

回答下列问题：

(1)利用合成气(主要成分CO、CO2和H2)在催化剂作用下合成甲醇，可能发

生的反应有：

@CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)AHi=-63kJ・mo】］

(2)CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g)AH2

(3)CH3OH(g)=CO(g)+2H2(g)AH3

已知部分化学键键能数据如下表：

化学键H=HC=OC-OO-H

键能

4368031076465

(kJ,mol1)

贝！jAHa=

(2)工业上可用CH4-H2O催化重整法制备合成气，其原理为：

反应i：CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)

反应ii：CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)

将1molCHdg)和1mol氏0值)充入温度恒为298K、压强恒为100kPa的密闭

容器中，发生反应i,不考虑反应五的发生。反应i中，正反应速率v正=卜正

xp(CH4)xp(H2。)，p为分压(分压=总压x物质的量分数)。若该条件下k正=4.5x10-4

kPa^s1,当CH4分解率为20%时，丫正=kPa・s」。

(3)CO2和CH4在一定条件下反应也可制得合成气。在1.0L密闭容器中充入

1.0molCH4和1.0molCO2,在一定条件下发生反应CH4（g）+CO2（g）^2CO（g）

+2H2,测得CH4的平衡转化率与温度及压强的关系如下图所示。

①比较压强大小：pip3o（填“>”“V”或“=”）

②若要提高C%的平衡转化率，可采取的措施有,o（任写两条）

③若p4=2.0MPa,则x点的平衡常数Kp=（用平衡分压代替平衡浓度计算）。

（4）科学家设计了一种电解装置，能将甘油（C3H8。3）和二氧化碳转化为甘油醛

（C3H6。3）和合成气，装置如下图所示。

电、HO(g)

CO,H,2

阴离子交换膜入

甘油（牝-

电-

（C3Hq3）-

--

极

甘油醛,一

-a

<C3H6O3）

足量Na2cO3溶液

①催化电极b应与电源（填“正”或"负”）极相连。

②电解一段时间后，催化电极a附近的pH值将（填“增大”“减小”或“不

变”），用电极反应方程式解释原因：o

③当外电路转移2mole-时，生成的合成气在标况下的体积为o

2.（2021•北京高三模拟）燃煤烟气中的SO?是主要的大气污染物之一、氢气可

用于还原二氧化硫，其主要反应为：2H2（g）+SO2（g）nls,1（g）+2H2O（g）o

(1)用氢气进行脱硫的优点是

(2)如图表示Co/AbCh催化下，相同时间内、不同温度下的SO2的转化率。由

图可知该反应为放热反应，解释图中温度小于350C时，转化率随温度升高而增

大的原因是o

(3)以CO/AI2O3作催化剂时氢气脱硫的过程由两步反应组成，过程如图1所示。

H“/S()/本积比

图I图2

①结合图1中的信息，写出第一步反应的化学方程式：

②已知在反应过程中，过量的H2可发生副反应：H2(g)+lsx(g)nH2s(g),图2中

的两条曲线分别代表SO2的转化率或Sx的选择性随H2/SO2体积比的变化(Sx的

选择性：SO2的还原产物中Sx所占的百分比)，可推断曲线_(填”Li”或"L2”)代表

Sx的选择性，理由是

(4)下表所示为压强对氢气脱硫反应的影响(已知：p(A)/P总=n(A)/n总)。

实P(H2)SO2起始速率出起始速率SO2的

P(SO2)/kPa

验/kPaxlO^moI-L^h1xlO^moI-L^h1平衡转

化率％

113.326.71.903.7490.6

226.626.72.264.43X

313.352.34.067.94y

426.652.34.839.4196.2

下列关于表中数据的分析中，不正确的是填字母）

a要想增大反应速率，增大SO2压强比增大H2压强更为有效

b.保持SO2/H2的比例不变，提高总压，SO2的平衡转化率增加

C.X与y的值都在90.6至96.2之间

3.（2021•新疆高三模拟）CO2引起的气候变化已经引起了全世界的关注，但同

时CO2也是时持续的碳资源，将CO2转化为高附加值的燃料或化学品不仅可以

解决CO2的问题，还可变废为宝得到有用的化学品。CO2加氢制甲醇是实现这一

过程的理想选择之一、

（1）CO2加氢制甲醇的化学方程式是：CO2（g）+3H2（g）g®CH3OH（I）+H2O（1）AH,

相关物质的燃烧热数据如下表所示：

物质

H2(g)CH3OH(1)

燃烧热AH(kJ-mor1)-284-726

回答下列问题：

①AH=kJmoF1

②320C时，将含CO2体积分数10%的空气与H2按体积比5：2投入到密闭容器

中，同时加入催化剂发生反应(此时体系内各物质均为气态)，测得初始时压强为

P,反应一段时间后达到平衡，测得CO2的平衡转化率为50%,则平衡时体系的

压强为，反应的平衡常数(用平衡分压代替平衡浓度计

算，分压=总压x物质的量分数)。

(2)Fujta等学者开展了在Cu/ZnO催化剂上进行CO2+H2合成甲醇机理的研究。

机理如下：

CH30H

A

Cu/ZnOCO2(Cu)HCOO-CuCH3O-CuCu

回答下列问题：

①过程3的化学方程式为；研究表明，过程3的活化能小但实际

反应速率慢，是控速步骤，导致该步反应速率小的原因可能是__________o

A.H2O对该反应有阻碍作用B.CO2的存在削弱了同一吸附位上周的吸

附

C.温度变化导致活化能增大D.温度变化导致平衡常数减小

②ZnO也有催化作用，催化机理与Cu相似，ClhO-Zn与反应可获

得CH3OH。

(3)科学家设计了一种新的CO2-H2O可循环系统，可以实现温室气体的零排

放，同时也回避了H2的难储存问题，装置如下：

太阳光

回答下列问题：

①系统中的能量转化形式有O

②b电极上的电极反应式为,如果将电解质溶液换为KOH溶液，对

合成甲醇造成的不良后果是__________o

4.(2021•广东揭阳市•高三模拟)乙苯催化脱氢生产苯乙烯的反应：

CH2cH：,(g)驰iffi鞭feffi^>-CH=CH2(g)+H2(g)

(1)t°C下，将l.OOmol乙苯加入体积为IL的密闭容器中，发生上述反应。反应

时间与容器内气体总物质的量、总压强的数据如下表所示。

时间/min010203040

总物质的量/mol

1.00nin2n3n4

总压强/lOOkPa1.001.251.351.401.40

①必=,平衡时乙苯的转化率为o

②列式计算t℃下该反应的平衡常数kPa。(J为以分压表示的平衡常数,

计算结果保留1位小数)

（2）实际生产时反应在常压下进行，且向乙苯蒸气中掺入水蒸气。测得温度和

投料比M[M=n（HQ）/n（乙苯）]对乙苯平衡转化率的影响如图所示。

%

/90

榔

380

/

翅70

小

6

H60

潴

7

50

520540560580600620

温度/七

①图中A、B、C三点对应平衡常数大小顺序为

②图中投料比（MA、MB、MJ的大小顺序为____,理由是____。

（3）其他条件相同，在甲、乙两种催化剂的作用下，乙苯转化率与温度的关系

如图所示。在甲催化剂的作用下，图中N点处（对应温度为320℃）乙苯的转化率

_（填“可能是”“一定是”或“一定不是”）该温度下的平衡转化率。高于320c时，

乙苯的转化率降低的原因可能是

5.（2021•广东韶关市•高三模拟）氮和硫的氧化物是造成大气污染的主要物质。

研究它们的反应机理，对于消除环境污染有重要意义。

(1)2NO(g)+O2(g)□2N(h(g)的反应历程由两步基元反应组成，相关信息如下

(£为活化能，丫为反应速率，左为速率常数)：

2

2NO(g)^->N2O2(g)Ei=82kJ/moIv=Jtic(NO)

N2O2(g)―—>2NO(g)Ri=205kJ/moIv=jt.ic(N2O2)

N2O2(g)+O2(g)」~>2NO2(g)E2=82kJ/molv=k2c(N2O2)-c(O2)

2

2NO2(g)——■_>N2O2(g)+O2(g)E.2=72kJ/molv=fc.2c(NO2)

则2NO(g)口N2O2(g)AHi=kbmolL其平衡常数K与上述速率常数总、

1

加的关系式为K=o2NO(g)+O2(g)□2NO2(g)AH=kJ-molo

(2)已知反应NO2(g)+SO2(g)口NO(g)+SO3(g)AH<0,某研究小组研究不同温

度7YC、T2c下的平衡态中1即(NO》和lgp(S(h)两个压强对数的关系如图所示,

实验初始时体系中的p(NO2)和p(SCh湘等、p(NO)和p(S()3湘等。

①a、b两点体系压强网与pb的比值0=;同一温度下图象呈线性变化的

Ph

理由是______O

②温度为公时化学平衡常数Kp=，T1丁2(填“或者"=”)。

6.(2021•云南高三一模)氨是世界上产量最多的无机化合物之一，用途广泛。

(1)已知：氨在纯净的氧气中燃烧：4NH3(g)+3O2(g)=2N2(g)+6H2O(g)

AH^akJ-moI-1

1

氨催化氧化：4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(g)AH2=bkJmol

则4NH3(g)+6NO(g)=5N2(g)+6H2O®的A"=kJ・moE(用含a、b的代数式表

示)。

(2)氨气可与甲烷制备氢氨酸(HCN)。保持恒温，在体积为10L的刚性密闭容

器中发生反应：NH3(g)+CH4(g)=HCN(g)+3H2(g)AH>0,各物质的物质的量随

时间变化如表所示：

时间/min0h26364ti

n(NH3)/mo14z2.0

w(CH4)/mol42.0

n(HCN)/moI00.9

n(H2)/mol04.5

①z=,0~6min内，平均反应速率P(H2)=moI-L^min1.

②可判断该反应达到平衡状态的是_____(填标号)。

A.容器内压强不再变化

B.混合气体的平均相对分子质量不再变化

C.混合气体的密度不再变化

D.反应的AH不再变化

③若起始压强为p°kPa,则在该温度下反应达到化学平衡状态时，容器内的压强

为kPa(用含p。的代数式表示)。达到化学平衡状态后保持温度、体积不变,

向容器中再充入lmoINH3(g)、ImoIHCN(g),则平衡(填“正向移动”、“逆向

移动”或“不移动”)。

④由实验得到P正(NH3)~C(NH3)的关系可用如图表示。当x点升高到某一温度后，

反应重新达到平衡，则X点将移动到图中的点(填字母)。

(3)垃圾渗透液中常含有铁盐，一种利用N%和酸性垃圾渗透液发电的装置如

图所示。工作一段时间后X电极周围溶液的pH(填“增”“减小”或“不变”

Y电极的电极反应方程式为o

7.(2021•山东济宁市•高三一模)综合利用CO?、CO对构建低碳社会有重要意义。

(1)利用CO?与CH,制备合成气CO、H2,可能的反应历程如图所示：

Cll4(g)+(：(),(g)

(G)一|而一|(⑼口(E»

说明：C(ads)为吸附性活性炭，E表示方框中物质的总能量(单位：kJ),TS表示

过渡态。

①制备合成气CO、国总反应的热化学方程式为。

②若凡+耳＜E.3+E2,则决定制备“合成气”反应速率的化学方程式o

(2)工业上常采用C0?和也为原料合成乙醇，反应方程式为：

2CO2(g)+6H2(g)DC2H5OH(g)+3H2O(g)AH=akJlno『.一定温度下，向容积均为2L的恒

容密闭容器中分别通入LOmolCC^g)和3.0molH2(g),在不同催化剂X、Y的催化

下发生反应.测得5min时，COz转化率与温度的变化关系如图所示。

①该反应适宜选用的催化剂为(填“X”或"Y”)。

②IK时，a点对应容器在0~5min内的平均反应速率丫(也)=；b、C点对

应状态下反应物的有效碰撞几率bc(填“或"=")，原因为o

③T2K时，保持温度不变向容器中再充入0.2molCO2、0.6molC2H5OH(g),平衡将

移动(填“向正反应方向”、“向逆反应方向"或“不”)O

(3)随着科学技术的发展，CO?的捕集利用技术成为研究重点，CO?可以被NaOH

溶液捕获,所得溶液c(HCO；):c(COr)=1：5,该溶液的pH=。［已知室温下，

Kal(H2co3)=4X10;，凡2(H2co3)=5X10旬］

8.(2021•安徽马鞍山市•高三一模)高纯度的氢氟酸是制造芯片的重要原料之一。

(1)已知：HF(aq)#H+(aq)+F(aq)AH=-10.4kJ/moI

+

H(aq)+OH(aq)=H2O(l)AH=-57.3kJ/mol

贝！j:HF9q)+NaOH(叫)=NaF(aq)+H2O⑴的AH=。

(2)HF无论是气态还是在水溶液中均可二聚形成(HF)2。HF能二聚的原因是

，写出(HF)2发生第二步电离的电离方程式o

(3)如图为恒温、带有可自由移动隔板的刚性容器。当两边分别充入4g氨气和

20g单分子态的HF气体时，隔板位于“5”处,隔板两边容器内的压强均为lOOkPao

1111।।।

4gHe20gHF

若固定隔板于“5”处，当右侧容器内反应2HF(g)=(HF)2(g)达到平衡状态时，右侧

容器内压强为B;松开隔板，隔板移至“6”处并达到新的平衡，此时右侧容器内

压强为尸2,则Pi尸2(填“大于”“小于”或“等于”)。该温度下，

2HF(g)=(HF)2(g)反应的平衡常数KP=kPa”(Kp为以分压表示的平衡常数,

计算结果保留2位有效数字)。

(4)若将上述容器改为绝热容器，固定隔板在“5”处，下列不能说明右侧容器内

反应已达平衡状态的是______O

A.容器右侧气体的密度不再改变

B.容器右侧的温度不再改变

C.容器右侧气体的压强不再改变

D.容器右侧气体的平均相对分子质量不再改变

E.2V(HF)=V[(HF)2]

(5)某温度下，将分析浓度(总浓度)相同的HC1、HF和CH3COOH三种溶液，

分别加水稀释时，溶液pH变化如图所示。

PH

尸

稀释倍数’

图中，氢氟酸溶液在稀释初期的pH上升特别快，据此判断，(HF)2与HF的酸性

相比，较强的是______0

(6)NaF和HF的混合溶液具有一定的缓冲能力，即加入少量的酸或碱时，溶

液的pH基本保持不变。试结合方程式和必要的文字解释之_____o

9.(2021•湖北高三模拟)(1)“哈伯法”合成氨的反应:N2(g)+3H2(g)@®ifflNH3(g)

AH,相关键能数据如表：

化学键N三NH-HN-H

键能

946.0436.0390.8

(kJ/mol)

1

①AH=kJ*mol_o

②向密闭容器中按1:3体积比通人N2和H2,反应达平衡时NH3的体积分数为

25.0%,则N2的平衡转化率a(N2)=。

(2)“球磨法”是在温和的条件下(45℃和Ibar,IbarMOOkPa)合成氨，氨的最

终体积分数可高达82.5%。该法分为两个步骤(如图)：第一步，铁粉在球磨过程

中被反复剧烈碰撞而活化，产生高密度的缺陷，氮分子被吸附在这些缺陷上

([Fe(N*)]),有助于氮分子的解离。第二步，N*发生加氢反应得到NH：(x=l~3),

剧烈碰撞中，NH：从催化剂表面脱附得到产物氨。

NH

“球忸法”合成区过程

①“球磨法”与“哈伯法”相比较，下列说法中正确的是（选填标号）。

A.催化剂（Fe）缺陷密度越高，Nz的吸附率越高

B.“哈伯法”采用高温主要用于解离氮氮三键，而“球磨法”不用解离氮氮三键

C.“球磨法”中“剧烈碰撞”仅仅为了产生“活化缺陷”

D.“球磨法”不采用高压，是因为低压产率已经较高，加压会增大成本

②机械碰撞有助于催化剂缺陷的形成，而摩擦生热会使体系温度升高。图甲是

Nz吸附量、体系温度随球磨转速变化曲线，则应选择的最佳转速约转/min。

若选择500转/min的转速，刈的吸附量降低的原因是______。

二

5

三

"“

二

4

三6

三3o

由

W4

2

HO

1

，

0

350400450

H出M/tnin)

③如图乙，平衡时N%的体积分数随N2初始压强增大而（填“增大”、“减

小，，或“不变，，），说明Nz与Hz的投料比1:3（选填仁"、“=”或2”）

、，的小

阳乙

10.（2021•全国高三模拟）CO2的回收与利用是科学家研究的热点课题。

（1）由CO2转化为竣酸是CO2资源化利用的重要方法。在催化作用下CO2和

CH4合成CH3COOH的化学方程式为______在合成CH3COOH的反应中，下

列有关说法正确的是o（填字母）

A.利用催化剂可以使反应的平衡常数增大

B.CH4一CH3COOH过程中，有C-H键发生断裂

C.有22.4LCH4参与反应时转移4moi电子

D.该反应为放热反应

（2）CO?和比合成甲醇也是CO2资源化利用的重要方法。测得平衡时甲醇产率

与反应温度、压强的关系如图所示。

甲50

醛45

产40

率35

仅30

25投料比：

20

15»（co2）1

150成耳）

0

MO160180200220240260280300320Tl'C

①若出值）和CH30H⑴的燃烧热分别为285.8kJ・mol”和726.5kJ-mo「i,则由CO2

和出生成液态甲醇和液态水的热化学方程式为—。此反应的活化能

Ea(正)Ea(逆)(填“〉”或“<”)，该反应应选择高效催化剂(填“高温”或

“低温”)。

②下列措施能使CO2的平衡转化率提高的是______(填序号)。

A.增大压强B.升高温度C.增大Hz与CO?的投料比D.改用更高效的

催化剂

③20(TC时，将O.lOOmoKXh和0.200moIH2充入1L密闭容器中，在催化剂作用

下反应达到平衡。若平衡时CXh的转化率为50%,则此温度下该反应的平衡常

数K=(已知CH3OH的沸点为64.7℃)o

(3)可利用电解的方法将CO2转化为CH3OH,请写出在酸性条件下的阴极反

应式O

11.(2021•山东潍坊市•高三一模)“一碳化学”是指以研究分子中只含有一个碳原

子的化合物为原料合成一系列化工产品的化学。研究和深度开发CO、CO2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：

(1)相关物质的燃烧热(Imol纯物质完全燃烧生成稳定的化合物时放出的热量)

数据如下表所示：

物质

C(s)CO(g)H2(g)

燃烧热AH/(k川mo『)-393.5-283-286

l

已知：H2O(g)=H2O(l)AH=-44kJRhior

写出C(s)与H2O(g)生成CO和H2的热化学方程式o

(2)工业上，在Rh基催化剂的作用下发生反应CO(g)+3H式g)口CH4(g)+H2O(g)0向

恒容密闭容器中通入ImolCO(g)和3m0町©,在催化剂表面上反应历程和能量变化

如图所示，其中吸附在催化剂表面上的物种用*标注。

①据图可知，该反应为(填“放热”“吸热”)反应；对该反应的反应速率影响

最大的基元反应方程式为O

ro

o*

*~1

-5o.

o

_10।11

15o12013

__3l68

20o^3c

__b——n_

_25o_c2—2冬

*o9—03198

_0o6+593CH

3八3H

一q

.—

一—44⑥

*3536

_35o+’

।88M。

_0odH>2+*

4i-HC0

_5oO+*£=5

4.IM£0*H

-q=A

②化学反应速率方程中各物质浓度的指数称为各物质的反应级数，反应级数越大,

表示该物质浓度对反应速率影响越大。该反应的反应速率及反应级数随温度变化

如图所示

z0

L5

反

反

L0应

应

级

速5

数

率o.0

().

400600800100012001400

温度/K

据图可知，为提高反应速率，适宜的反应条件为；温度再高反应速率大

幅度降低的原因可能为。

(3)CO?和H?在催化剂作用下可发生以下两个反应：

i.CO,(g)+3H,(g)口CHQH(g)+HQ(g)AH=-48.5kJmol'

ii.2CO,(g)+5H2(g)□C2H2(g)+4H2O(g)AH=+37.1kJnnor'

①升高温度，6见的含量增大的原因是0

②恒温恒压密闭容器中，力口入2moicO?(g)和4m。1也包)，初始压强为p。，在300C发

生反应，反应达平衡时，CO?的转化率为50%,容器体积减小25%,则反应i的

压强平衡常数£=(结果保留1位小数)。

12.(2021•广东珠海市•高三一模)氮及其化合物是科学家们一直在探究的问题,

它们在工农业生产和生命活动中起着重要的作用。回答下列问题：

(1)查阅资料：标准摩尔生成焰是指在25C和HHkPa时，由元素最稳定的单

质生成Imol纯化合物时的始变，符号为与工。已知以下物质的标准摩尔生成焰

如下表所示。

物质NH3(g)H2O(g)

1

AfH*,/(kJmoE)-46-242

由此可得4NH3(g)+3C)2(g)口2N2(g)+6H2O(g)AH2=kJ.mor'o

(2)氨气的催化氧化是工业制取硝酸的重要步骤，假设只会发生以下两个竞争

反应I、Ho

1

反应I：4NH3(g)+5O2(g)D4NO(g)+6H2O(g)AH,=-905.0kJ-moE

反应II：4NH,(g)+3O2(g)D2N2(g)+6H2O(g)AH2

为分析某催化剂对该反应的选择性，将ImoIN%和2moiCh充入1L密闭容器

中，在不同温度相同时间下，测得有关物质的量关系如图。

1.0

①该催化剂在低温时对反应__________(填“I”或"n”)的选择性更好。

②520c时，容器中为C(NH3)=moI/L,该温度下反应

4NH3(g)+3O2(g)D2N2(g)+6H2O(g)的平衡常数K=(不要求得出计算结

果，只需列出有具体数字的计算式)。

③高于840℃时，NO的产率降低的可能原因是__________(填选项字母)。

A.NH3溶于水B.反应活化能增大

C.反应I的平衡常数变小D.催化剂活性降低

(3)N人也是造成水体富营养化的重要原因之一，用NaCIO溶液氧化可除去

氨氮。其反应机理如图1所示(其中H2O和NaCl略去)。

①NaCIO氧化N%的总反应的化学方程式为

②改变储)对溶液中NaCIO去除氨氮效果与余氯(溶液中+1价氯元素的含量)

的影响如图2所示，则除氨氮过程中最佳的外湍，值约为

③为了提高氨氮的去除率，在实际工艺过程中温度控制在15℃~30℃时，其可能

的原因是:

13.（2021•新疆乌鲁木齐市•高三一模）已知室温下浓度均为（Mmol的各溶液PH

如下表所示:

溶液NH4C1NaHSO3NaCNNaHCO,Na2cO3

pH5.14.011.09.711.6

（1）①氯化铁溶液显酸性的原因是.（用离子方程式说明）。

②侯氏制碱法中，使NHQ从母液中析出的措施不包括（填序号）。

A.冷却B.加入食盐细颗粒C.通入CO?D.通入NH3

③25T时，将amoll」的氨水与O.Olmol.L的盐酸等体积混合，反应平衡时溶液中:

c（NH；）=c（Cr）,试用含a的代数式表示NH3H2O的电离常数勺=

（2）①上述5种溶液中，水的电离程度最小的是（填化学式）。

②O.lmol-L的NaHCO3溶液中c(COj)+C(OIT)c(H2co3)+c(H)(填“>”、“<”

或“="）。（3）①CN~、CO；>HCO；结合质子的能力由大到小的顺序是

向Na2co3溶液中加入过量的HCN溶液，写出反应的离子方程式

②在一定温度下，ImLO.lmolI」的NaCN溶液加水稀释至10mL过程中，下列数值

变小的是（填序号）。

c(HCN)-c(OH")(、c(HCN)

A.c(H+)c(0H)B.C.c(OH)D.不丁

③已知25。（2氢氨酸（HCN）的电离平衡常数K,=4.9x10-'°,同浓度同体积的NaCN与

HCN的混合溶液中粒子浓度大小关系为

14.(2021•山东济南市•高三模拟)研究炭的气化处理及空气中碳的氧化物的相关

反应，有利于节能减排。已知反应

1

@C(s)+H2O(g)目呢CO(g)+H2(g)AH=+113.5kJ-moE

1

(2)CO(g)+2H2(g)目®CH30H(g)AH=-90.4kJmoF

1

(3)CO2(g)+3H2(g)@呢CH3OH(g)+H2O(g)=-49.5kJmoE

(1)若某反应的平衡常数表达式为口黑・曲，则此反应的热化学方程式

为__。将等体积的HzO(g)和CO(g)充入恒容密闭容器，反应速率1)F)正fMk

H-c(CO)C(H2O)-krc(CO2)C(H2),其中k正、k逆分别为正、逆反应速率常数。

在721℃和800℃时，CO的转化率随时间变化曲线如图lo比较a、b处Igk正Tgk

逆的大小：a-b(填“或“=")，计算b处的F=一。

V逆

g髀

&

o

x

(2)在TC时，向体积不等的恒容密闭容器中分别加入足量活性炭和ImoIHzCKg),

发生反应①。反应相同时间，测得各容器中HzO(g)的转化率与容器体积的关系

如图2所示。图中c点所示条件下，1)正1)逆(填“>”“〈”或“=”)，理由是o此

温度下，该反应平衡常数为一(用含V1、V2或V3的代数式表示)。

(3)在四种不同的容器中发生反应③，若初始温度、压强和反应物用量均相同,

则CO2的转化率最高的是__(填标号)。

a.恒温恒容容器b.恒容绝热容器c.恒压绝热容器d.恒温恒压容器

15.(2021•河南高三月考)氢能和液态甲醇(CH3OH)的应用是新时代背景下发展

绿色能源的重要路线之一。回答下列问题：

(1)一种催化电解法制取甲醇的原理如图所示：

装置工作时，H+向(填“阴”或“阳”)极迁移，PdZnCu极上发生的电极反

应式为o

(2)CO2与省合成甲醇主要包括的反应如下(不考虑其他反应)：

I.co2(g)+3H2(g)=CH30H(g)+H2O(g)AHi

II.CO2(g)+H2(g)^CO(g)+H2O(g)AH2>0

①CO2和H2在某催化剂表面上合成甲醇(反应I)的反应历程如图所示，其中吸附

在催化剂表面上的物种用*标注。

0.20-

-0.20

-0.60-

-1.00•

-L40-

-1.80-

+2H*+H*+H?O*

反应历程

反应I的0（填“〉”或“<”）；该历程中最小能垒（活化能）步骤的化学方程

式为。

②下列有利于提高CH3OH的平衡产率的是______（填字母）。

A.高温低压B.低温高压C.高温高压D.低温低压

③起始时n（CC>2）:n（H2）=l:10,维持恒压36Mpa时，甲醇的选择性（生成甲醇

所用的含碳反应物的物质的量与总消耗的含碳反应物的物质的量的比值）、CO2

的转化率、CO的选择性（生成CO所用的含碳反应物的物质的量与总消耗的含碳

反应物的物质的量的比值）随温度（T）变化如图所示:

160180200220240260280300

77匕

温度高于260℃时，随温度升高，CO的选择性增大的主要原因是；T℃

时，CO2的转化率为a,CH30H的选择性为S,CO的分压p（CO）=MPa。

化学反应原理综合题

1.(2021•重庆高三模拟)合成气的生产和应用在化学工业中有极为重要的地位。

回答下列问题：

(1)利用合成气(主要成分CO、CO2和H2)在催化剂作用下合成甲醇，可能发

生的反应有：

①CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)AHi=-63kJ-mol-1

(2)CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g)AH2

(§)CH3OH(g)=CO(g)+2H2(g)AH3

已知部分化学键键能数据如下表：

化学键

H=HC=Oc7oO-H

键能

4368031076465

(kJemol1)

1

则AH3=kJ-mol'o

(2)工业上可用CH4-H2O催化重整法制备合成气，其原理为:

反应i：CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)

反应ii：CO（g）+H2O（g）=CO2（g）+H2（g）

将1molCH4（g）和1molIhCXg）充入温度恒为298K、压强恒为100kPa的密闭

容器中，发生反应i,不考虑反应ii的发生。反应i中，正反应速率v正=1€正

xp（CH4）xp（H2O）,p为分压（分压=总压x物质的量分数若该条件下k正=4.5x10"

kPa^s1,当CH4分解率为20%时，丫正=kPa・s”。

（3）CO2和CH4在一定条件下反应也可制得合成气。在1.0L密闭容器中充入

1.0molCH4和1.0molCO2,在一定条件下发生反应CH4（g）+CO2（g）#2CO（g）

+2H2,测得CH4的平衡转化率与温度及压强的关系如下图所示。

①比较压强大小：P1P3o（填“>”“V"或“=”）

②若要提高CH4的平衡转化率，可采取的措施有，o（任写两条）

③若P4=2.OMPa,则x点的平衡常数Kp=（用平衡分压代替平衡浓度计算）。

（4）科学家设计了一种电解装置，能将甘油（C3H8。3）和二氧化碳转化为甘油醛

（C3H6。3）和合成气，装置如下图所示。

c。、%22?、%o（g）

阴离子交换膜

甘油口

（C3H8。3）

甘油醛O

（C3g》

足量Na2c。3溶液

①催化电极b应与电源（填“正”或"负”）极相连。

②电解一段时间后，催化电极a附近的pH值将(填“增大”“减小”或“不

变”)，用电极反应方程式解释原因：。

③当外电路转移2mole时，生成的合成气在标况下的体积为o

【答案】+990.5<升高温度，降低压强，充入二氧化碳气体，及时

分离出CO或者H2(任选一条)升高温度，降低压强，充入二氧化碳气体，及

时分离出CO或者H2(任选一条，不与空④重复)y(MPa)2负减小

C3H8O3-2e+2pO3=p9O22.4L

【详解】

(1)AH2=2EC=O+EH.H-2EH.O-E-=2?,

AH3=AH2-AHl=36+63=+99kJ/mol；

(2)当甲烷分解20%时，建立如下三段式：

CH/g)+H20(g)□CO(g)+3H2(g)

起始量(mol)1100

变化量(mol)0.20.20.20.6

平衡量(mol)0.80.80.20.6

0.80.8

-4kPa/s

丫世正？PG#)?22?42?1

(3)①从方程式看，加压平衡逆向移动，甲烷的转化率减小，由此得出压强为

P1<P3；

②根据图像知相同压强，温度升高，甲烷的转化率升高，相同温度时，压强减小，

甲烷的转化率升高，所以措施有：升高温度，降低压强，充入二氧化碳气体，及

时分离出co或者H2；

③在x点，甲烷的转化率为50%,建立三段式：

CH.,(g)+C02(g)□2C0(g)+2H2(g)

起始量(mol)1100

变化量(mol)0.50.511

平衡量(mol)0.50.511

w?’12

X点的平衡常数Kp二3—=—(MPa)2；

0.5x2MP?

—x2MPa?

33

(4)由图知，电极b上发生的反应为CO2和HzO生成CO和Hz,C元素由+4

价降低到+2价，H元素由+1价降低到。价，发生还原反应，电极b为阴极应当

与电源的负极相连；

②电极a为阳极，甘油被氧化为甘油醛，电极反应式为

C3HgC>3-2e+28；=C3H6。3+汨8；,则电极a附近的pH减小；

③CO2转化为CO转移电子数为2,H2O转化为Hz,转移电子数为2,所以当外

电路转移2moi&时，会生成ImoICCh和m的混合气体，标况下的体积为22.4L。

2.(2021•北京高三模拟)燃煤烟气中的SO2是主要的大气污染物之一、氢气可

用于还原二氧化硫，其主要反应为：2H2(g)+SO2(g)n-^Sv(g)+2H2O(g)o

(1)用氢气进行脱硫的优点是o

(2)如图表示CO/ALO3催化下，相同时间内、不同温度下的SO2的转化率。由

图可知该反应为放热反应，解释图中温度小于350c时，转化率随温度升高而增

大的原因是o

100I

80

60

40

20

(3)以Co/AbO3作催化剂时氢气脱硫的过程由两步反应组成，过程如图1所示。

H，S（）/本积比

图1图2

①结合图1中的信息，写出第一步反应的化学方程式：o

②已知在反应过程中，过量的H2可发生副反应：H2（g）+lsx（g）nH2s（g）,图2中

的两条曲线分别代表SO2的转化率或SX的选择性随H2/SO2体积比的变化（Sx的

选择性：SO2的还原产物中Sx所占的百分比），可推断曲线_（填”Li”或"Lz”）代表

Sx的选择性，理由是

（4）下表所示为压强对氢气脱硫反应的影响（已知：p（A）/P总=n（A）/n总）。

SO2的

实SO2起始速率出起始速率

P(H2)

P(SO2)/kPa平衡转

验/kPaxlO^mobL-^h'1xlO^moI^L'^h'1

化率％

113.326.71.903.7490.6

226.626.72.264.43X

313.352.34.067.94y

426.652.34.839.4196.2

下列关于表中数据的分析中，不正确的是__（填字母）

a要想增大反应速率，增大SO2压强比增大H2压强更为有效

b.保持SO2/H2的比例不变，提高总压，SO2的平衡转化率增加

C.X与y的值都在90.6至96.2之间

【答案】产物为H2O,清洁无污染小于350C时，在相同时间内，反应未达

到平衡，随温度升高反应速率增大，SO2转化率由反应速率决定SO2+3H2=

H2S+2H2OL2随H2/SO2体积比增大，%逐渐过量，发生副反应H2(g)+工

X

Sx(g)#H2S(g),随c(H2)增大，副反应平衡右移，c(Sx)减小、c(H2S)增大，Sx选择

性会降低ac

【详解】

(1)根据主要反应可知用氢气进行脱硫产物为HzO,清洁无污染；

(2)小于350℃时，在相同时间内，反应未达到平衡，随温度升高反应速率增

大，SCh转化率由反应速率决定，所以转化率随温度升高而增大；

(3)①据图可知第一步反应中SO2和出在Co作催化剂的条件下生成H2S,根

据元素守恒可知同时还会生成H2O,所以化学方程式为SO2+3H2=H2S+2H2O；

②随HVSO2体积比增大，%逐渐过量，发生副反应H2(g)+'Sx(g)=H2S(g),随

X

«%)增大，副反应平衡右移，C(Sx)减小、C(H2S)增大，Sx选择性会降低，则L2

代表Sx的选择性；

(4)a.实验1和2相比，P(SO2)扩大为原来的2倍，SCh起始速率变为卷=1.19

倍；实验1和实验3相比，P