山东省济南市2022届高三3月高考模拟考试(一模)(原理综合题)（ 含答案解析 ）

1.反应Ⅰ可用于在国际空间站中处理二氧化碳，同时伴有副反应Ⅱ发生。主反应Ⅰ．CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)△H1=-270kJ·mol-1副反应Ⅱ．CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)△H2回答下列问题：（1）几种化学键的键能如表所示：化学键C—HH—HH—OC=O键能/kJ·mol-1413436463a则a=___。（2）为了进一步研究上述两个反应，某小组在三个容积相同的刚性容器中，分别充入1molCO2和4molH2，在三种不同实验条件(见表)下进行两个反应，反应体系的总压强(p)随时间变化情况如图所示：实验编号abc温度/KT1T1T2催化剂的比表面积/(m2•g-1)80120120①T1____T2(填“＞”“＜”或“=”)，曲线Ⅲ对应的实验编号是____。②若在曲线Ⅱ的条件下，10min达到平衡时生成1.2molH2O，则10min内反应的平均速率v(H2O)=____kPa•min-1，反应Ⅱ的平衡常数Kp=____。(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数)（3）对于反应Ⅰ，在一定条件下存在：v正(H2)=k1•c4(H2)•c(CO2)或v逆(H2O)=k2•c2(H2O)•c(CH4)，相应的速率与温度关系如图所示。反应Ⅰ的平衡常数K=____(用含k1，k2的代数式表示)；图中A、B、C、D四个点中，能表示反应已达到平衡状态的是____。【答案】（1）745（2）①.＜②.b③.4.8④.（3）①.②.C【解析】【小问1详解】根据反应热=反应物的总键能-生成物的总键能，△H1=-270kJ·mol-1=2a+436kJ/mol×4-413kJ/mol×4-463kJ/mol×4，则a=745。故答案为：745；【小问2详解】①由图可知，曲线Ⅱ、Ⅲ为同一温度，不同的催化剂，温度为T1，曲线Ⅰ为T2，曲线Ⅰ先达到平衡，速率大，对应温度高，T1＜T2(填“＞”“＜”或“=”)，曲线Ⅲ对应的实验编号是b，催化剂比表面积大，反应速率大。故答案为：＜；b；②反应Ⅰ、Ⅱ同时进行，曲线Ⅱ压强由200Kpa降到160Kpa，，n平=4mol，设反应Ⅰ生成2xmol水，可得等式：5-消耗的二氧化碳和氢气+生成的甲烷+生成的水+生成的一氧化碳=5-（x+4x+1.2-2x+1.2-2x）+x+1.2+1.2-2x=4，x=0.5，平衡时水为0.2mol，甲烷为0.5mol，一氧化碳为0.2mol,氢气为1.8mol，二氧化碳为0.3mol，若在曲线Ⅱ的条件下，10min达到平衡时生成1.2molH2O，则10min内反应的平均速率v(H2O)==4.8kPa•min-1，反应Ⅱ的平衡常数Kp==。(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数)故答案为：4.8；；【小问3详解】反应Ⅰ的平衡常数K=，且平衡时v正(H2)=v逆(H2)=2v逆(H2O)，可得k1•c4(H2)•c(CO2)=2k2•c2(H2O)•c(CH4)整理得：==K，反应Ⅰ的平衡常数K=(用含k1，k2的代数式表示)；图中A、B、C、D四个点中，上升速度较快的为v(H2),在平衡时，应有v正(H2)=v逆(H2)，由v逆(H2)=2v逆(H2O)，即v正(H2)=2v正(H2O)，在C点v(H2)=2v(H2O)，能表示反应已达到平衡状态的是C，故答案为：；C。2.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）减少碳排放的方法有很多，转化成有机化合物可有效实现碳循环，如下反应：a.b.c.上述反应中原子利用率最高的是_______(填编号)。（2）在固体催化表面加氢合成甲烷过程中发生以下两个反应：主反应：副反应：①已知，则燃烧的热化学方程式_______。②加氢合成甲烷时，通常控制温度为左右，其可能的原因是_______。（3）在一定条件下，向某恒容密闭容器中充入和，发生反应。①温度及分子筛膜(用分子筛膜代替容器器壁，该膜只允许极性分子通过)对甲醇平衡产率影响如图1所示：则_______0(填“>”、“<”或“=”)；其他条件不变，甲醇的平衡产率总是高于没有分子筛膜，其原因是_______。②测得在相同时间内，不同温度下的转化率如图2所示，_______(填“>”、“<”或“=”)；时，若起始压强为，计算_______(为以分压表示的平衡常数，分压=总压×物质的量分数)。③已知速率方程，、是速率常数，只受温度影响。图3表示速率常数的对数、与温度的倒数之间的关系，A、B、D、E分别代表图2中a点、c点的速率常数，则点_______表示c点的。【答案】（1）b（2）①.②.催化剂活性最高或温度较低反应速率较小，温度较高副反应平衡右移，副产物增多（3）①.<②.有分子筛膜时能及时分离出产物，上述平衡正向移动，甲醇的平衡产率增大③.<④.0.5⑤.B【解析】【分析】(1)根据原子利用率是指被利用的原子的质量比上总原子的质量，公式为原子利用率=×100%，计算原子的利用率；(2)根据反应可得①×2-主反应可得CH4+2O2=CO2+2H2O，根据盖斯定律进行放热的计算；根据反应可知主反应放热，副反应吸热，温度高可能使催化剂的活性降低，进行分析；(3)①根据图象可知随着温度的升高甲醇的转化率降低，升温逆向移动，判断ΔH；浓度对平衡影响分析；②根据图象可知，不同温度相同时间测得H2的转化率，影响反应速率的因素进行判断，利用三行式进行分压数据分析，再根据Kp=进行计算；③根据上面分析可知C达到平衡，v正=v逆，v正=k正⋅c(CO2)⋅c3(H2)，v逆=k逆⋅c(CH3OH)⋅c(H2O)，则K=，该反应为放热反应，升高温度平衡移动，再进行分析；【小问1详解】根据题中信息CO2转化成有机化合物，有机物为我们的预期产物，其他属于没有充分利用的，根据原子利用率是指被利用的原子的质量比上总原子的质量，公式为原子利用率=×100%，可知a的原子利用率为=×100%=48.4%；b.的原子利用率为×100%=64.0%；c.的原子利用率为×100%=28.0%，b的原子利用率高；【小问2详解】①根据反应可得①×2-主反应可得CH4+2O2=CO2+2H2O，根据盖斯定律可知ΔH=ΔH3×2-ΔH1+=-395.6kJ⋅mol-1×2-（-156.9kJ⋅mol-1=-634.3kJ⋅mol-1；②根据反应可知主反应放热，副反应吸热，温度过高主要发生副反应，温度低反应速度慢，温度高也可能使催化剂的活性降低，综合考虑选择500℃左右；【小问3详解】①根据图象可知随着温度的升高甲醇的转化率降低，升温逆向移动，说明反应放热ΔH<0，分子筛膜能选择性分离出H2O(g)，使生成物的浓度降低，平衡正向移动，导致甲醇产率增大；②根据图象可知，不同温度相同时间测得H2的转化率，b点前温度低反应速率慢未到达平衡，b点后面达到了平衡，且温度高反应速率v(c)正=v(c)逆，a点未到达平衡温度低反应慢，且v(a)逆<v(a)正，所以v(a)逆<v(a)正<v(c)正=v(c)逆；根据图象可知T2温度时氢气的转化率为60%，初始为5mol，反应的氢气为5mol×60%=3mol，根据反应，则恒容密闭容器，根据pV=nRT，可知p和n正比，反应后总的物质的量为(1+2+1+1)mol，的压强为×3.5MPa=2.5MPa，根据Kp===0.5；③根据上面分析可知C达到平衡，v正=v逆，v正=k正⋅c(CO2)⋅c3(H2)，v逆=k逆⋅c(CH3OH)⋅c(H2O)则K=，该反应为放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向进行，平衡常数减小，即越小，lgk越小，即点B表示c点的lgk正；3.以、为原料合成涉及的主要反应过程中物质的能量变化如图1所示，回答下列问题：（1）已知：Ⅰ.Ⅱ.Ⅲ.Ⅳ.。则：_______。（2）0.1MPa时向密闭容器中充入和，发生以上反应，温度对催化剂性能影响如图2所示，已知的选择性。①工业生产综合各方面的因素，反应选择800℃的主要原因是_______。②已知对可逆反应存在如下关系：(其中R为常数)，结合具体反应说明的转化率随着温度的升高始终高于转化率的原因可能是_______。③采用选择性膜技术(可选择性地让某气体通过而离开体系)可提高的选择性。在773K，乙烷平衡转化率为9.1%，保持温度和其他实验条件不变，采用选择性膜技术，乙烷转化率可提高到11.0%。结合具体反应说明选择性膜吸附提高的选择性的可能原因是_______。④在800℃时，，充入一定容积的密闭容器中，在一定催化剂存在的条件下只发生反应Ⅲ，初始压强为，一段时间达到平衡，产物的物质的量之和与剩余反应物的物质的量之和相等，该温度下平衡时体系的压强为_______(用含的代数式表示，下同)，反应Ⅲ的平衡常数_______(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数，列出计算式)。【答案】（1）+177（2）①.的转化率较高，且的选择性较高②.温度变化对能量变化大的吸热反应影响大，反应I的焓变数值大，所以升高温度，对反应Ⅰ的影响大，的转化率高③.选择性膜吸附，促进反应Ⅲ平衡正向移动，增大的选择性④.⑤.【解析】【小问1详解】焓变=生成物总能量-反应物总能量，根据图示，-300-(-477)=+177；【小问2详解】①根据图示，800℃时，的转化率较高，且的选择性较高，所以反应选择800℃。②根据，可知温度变化对能量变化大的吸热反应影响大，反应I的焓变数值大，所以升高温度，对反应Ⅰ的影响大，的转化率高。③选择性膜吸附，降低体系中的浓度，促进反应Ⅲ平衡正向移动，所以增大的选择性。④在800℃时，，充入一定容积的密闭容器中，在一定催化剂存在的条件下只发生反应Ⅲ，初始压强为，一段时间达到平衡，，产物的物质的量之和与剩余反应物的物质的量之和相等，则3x=4a-2x，x=0.8a；同温同体积，压强比等于物质的量比，该温度下平衡时体系的压强为，反应Ⅲ的平衡常数。4.碘及其化合物有着多方面的用途，用化学反应原理研究碘及其化合物有重要意义。回答下列问题：（1）一碘甲烷()热裂解可制取乙烯等低碳烯烃化工原料一碘甲烷()热裂解时主要反应有：反应Ⅰ反应Ⅱ反应Ⅲ(298K)实验测得，反应Ⅰ、Ⅱ的随温度的变化如图1所示，在体积为1L的密闭容器中，起始投料1mol(g)，反应温度对平衡体系中乙烯、丙烯和丁烯物质的量分数的影响如图2所示。①298K时，反应；___________。②当体系温度高于600K时，乙烯的物质量分数随温度升高而显著增加的可能原因是___________。③若维持体系温度为715K，(g)的平衡转化率为___________，反应I以物质的量分数表示的平衡常数___________。（2）研究HI的分解与合成对提高反应Ⅰ中(g)的平衡转化率有重要意义。T℃，将amol(g)和amol(g)置于已抽成真空的特制1L密闭容器中，40min时体系达到平衡，体系中存在如下反应关系：Ⅰ.Ⅱ．Ⅲ．Ⅳ.①则___________。②实验测得平衡体系总压强为Pa，HI的分压为Pa，的分压为Pa，已知该反应的正反应速率为，逆反应速率为，其中k正、k逆为速率常数，x为物质量分数，若，在t=40min时，v正=___________(用含b的代数式表示)。【答案】（1）①.66.3②.反应Ⅰ吸热，反应Ⅱ、Ⅲ放热，升高温度，反应Ⅰ平衡正向移动，反应Ⅱ、Ⅲ平衡逆向移动，三者均使的平衡物质的量分数增加③.80%④.0.64（2）①.36②.【解析】【小问1详解】①反应反应Ⅰ、Ⅱ的随温度的变化如图1所示。反应I为分解反应，反应Ⅱ为化合反应，大多数分解反应为吸热反应，大多数化合反应为放热反应，故298K下，=+80.2kJ/mol；=-108kJ/mol；根据盖斯定律，反应(Ⅰ×3+Ⅱ)可得反应，故66.3kJ/mol。②反应Ⅰ吸热，反应Ⅱ、Ⅲ放热，升高温度，反应Ⅰ平衡正向移动，反应Ⅱ、Ⅲ平衡逆向移动，三者均使的平衡物质的量分数增加。③由图可知，715K，平衡时n(C3H6)=n(C4H8)=2n(C2H4)，设平衡时n(C2H4)=x，则n(C3H6)=n(C4H8)=2x，n(CH3I)=y，则由I守恒可知n(HI)=1-y，由C守恒的1=y+2x+6x+8x①，C2H4的物质的量分数为4%，得4%=②，由①②得x=，y=，故CH3I的转化率为×100%=80%；平衡时n(总)=1+5x=，CH3I的物质的量分数为，HI的物质的量分数为，则=0.64。【小问2详解】①由盖斯定律可知，Ⅱ=Ⅰ+Ⅳ-2Ⅲ，故Kp2==36。②因为压强之比等于物质的量之比，40min达到平衡时，Kp=，即36=，故P(I2)=5×106Pa，故=b×=1.。5.以CH3OH(g)和CO2(g)为原料在一定条件下可制备HCOOCH3(g)，发生的主要反应如下：I.CH3OH(g)+CO2(g)HCOOH(g)+HCHO(g)ΔH1=+756.83kJ·mol-1Kp1II.HCOOH(g)+CH3OH(g)HCOOCH3(g)+H2O(g)ΔH2=+316.12kJ·mol-1Kp2III.2HCHO(g)HCOOCH3(g)ΔH3=-162.04kJ·mol-1Kp3（1）反应4CH3OH(g)+2CO2(g)3HCOOCH3(g)+2H2O(g)的ΔH=____；该反应的压强平衡常数Kp=____(用含Kp1、Kp2、Kp3的代数式表示)。（2）已知压强平衡常数(Kp)与温度(T)之间存在定量关系，且符合van’tHoff方程lgKp=-×+C(其中R、C为常数，ΔH为反应热)。反应I、II、III的lgKp与之间均为线性关系，如图1所示。其中反应I对应的曲线为____(填“a”、“b”或“c”)。（3）260℃时，向体积为VL的密闭容器中充入2molCH3OH(g)和1molCO2(g)发生反应I、II、III，达到平衡时测得容器中n(HCHO)、n(HCOOH)和n(HCOOCH3)分别为0.1mol、0.2mol和0.95mol。①CH3OH(g)的平衡转化率为____。②260℃时，反应II的平衡常数K=____。③当温度高于260℃时，CH3OH(g)的转化率随温度的升高而____(填“增大”、“减小”或“不变”)，HCOOCH3(g)的产率随温度的升高而下降的原因为____。（4）利用金属Ti的氧化物作催化剂也可实现由CH3OH(g和CO2(g)合成HCOOCH3(g)，其反应机理如图2所示。①260℃时，将=的混合气体以10L·h-1的流速通过装有催化剂的反应器，试计算当HCOOCH3(g)的产率为80%时，其生成速率v(HCOOCH3)=____L·h-1。②若向反应体系中通入适量H2，可大大提高总反应速率，其原因可能为____。【答案】（1）①.+1983.86kJ/mol②.（2）a（3）①.70%②.4.75③.增大④.升高温度，反应III逆向移动的程度大于反应II正向移动的程度（4）①.2②.增大了氢原子的浓度或提高催化剂的活性【解析】【小问1详解】根据盖斯定律，反应4CH3OH(g)+2CO2(g)3HCOOCH3(g)+2H2O(g)可由已知反应“I×2+II×2+III”得到，故ΔH=2×ΔH1+2×ΔH2+ΔH3=2×756.83+2×316.12-162.04=+1983.86(kJ/mol)；则该反应的压强平衡常数Kp=(方程式相加，K相乘)；【小问2详解】由于lgKp=-×+C，则lgKp与之间成反比关系，反应I、II的反应热ΔH均是正值，则其在图1所示曲线中为a、b，曲线c是ΔH为负值的反应III，又ΔH1大于ΔH2，其线“更陡”，故反应I对应的曲线为a；小问3详解】根据题意，设达到平衡时反应I、II、III分别转化了amol、bmol、cmol，则有：，，，有a-2c=01，b+c=0.95，a-b=0.2，联立解得a=0.8，b=0.6，c=0.35；①CH3OH(g)的平衡转化率为；②260℃时，反应II的平衡常数K===4.75；③当温度高于260℃时，反应I正向吸热，CH3OH(g)的转化率随温度的升高而增大；升高温度，反应III逆向移动的程度大于反应II正向移动的程度，故HCOOCH3(g)的产率随温度的升高而下降；【小问4详解】①根据图2所示，CH3OH(g)和CO2(g)合成HCOOCH3(g)反应方程式为：2CH3OH(g)+CO2(g)HCOOCH3(g)+HCHO(g)+H2O(g)，当HCOOCH3(g)产率为80%时，=的混合气体CO2(g)的体积比为，HCOOCH3(g)与CO2(g)化学计量数之比为1:1，其生成速率v(HCOOCH3)=10L·h-1×80%×=2L·h-1；②根据图2所示，H原子在反应过程的中间产物的转化ⅲ起到促进作用，若向反应体系中通入适量H2，可大大提高总反应速率，其原因可能为增大了氢原子的浓度或提高催化剂的活性。6.清洁能源的综合利用可有效降低碳排放，是实现“碳中和、碳达峰”的重要途径。（1）以环己烷为原料通过芳构化反应生产苯，同时可获取氢气。图甲是该反应过程中几种物质间的能量关系。芳构化反应：(g)→(g)+3H2(g)_______kJ/mol。（2）和合成乙醇反应为：。将等物质的量的和充入一刚性容器中，测得平衡时的体积分数随温度和压强的关系如图乙。①压强P1_______P2(填“>”“=”或“<”，下同)，a、b两点的平衡常数Ka_______Kb。②已知Arrhenius经验公式为(为活化能，k为速率常数，R和C为常数)，为探究m、n两种催化剂的催化效能，进行了实验探究，依据实验数据获得图丙曲线。在m催化剂作用下，该反应的活化能_______J/mol。从图中信息获知催化效能较高的催化剂是_______(填“m”或“n”)，判断理由是_______。（3）和CO合成甲烷反应为：。T℃将等物质的量CO和H2充入恒压(200KPa)的密闭容器中。已知逆反应速率，其中p为分压，该温度下。反应达平衡时测得v正=。CO的平衡转化率为_______，该温度下反应的Kp=_______(用组分的分压计算的平衡常数)。【答案】（1）+208.4（2）①.＜②.＞③.9.6×104④.n⑤.由图可知，直线n斜率大，Ea小，催化效率高（3）①.40%②.×10—4【解析】【小问1详解】由图可知，环己烷转化为1，3—环己二烯的热化学方程式为①(g)→(g)+2H2(g)△H1=+237.1kJ/mol，1，3—环己二烯转化为苯的热化学方程式为②(g)→(g)+H2(g)△H2=—28.7kJ/mol，由盖斯定律可知，①+可得②环己烷转化为苯的热化学方程式为(g)→(g)+3H2(g)△H=(+237.1kJ/mol)+(—28.7kJ/mol)=+208.4kJ/mol，故答案为：+208.4；【小问2详解】①该反应为气体体积减小的反应，温度一定时增大压强，平衡向正反应方向移动，乙醇的体积分数增大，由图可知，压强为P1时乙醇的体积分数小于P2时，则P1小于P2；由图可知，压强一定时升高温度，乙醇的体积分数减小，说明平衡向逆反应方向移动，反应为放热反应，反应的平衡常数减小，则温度较低的a点平衡常数大于b点，故答案为：＜；＞；②在m催化剂作用下，由图中数据可得如下方程式：56.2=—7.2×10—3Ea+C①，27.4=—7.5×10—3Ea+C②，解联立方程可得Ea=9.6×104J/mol;由图可知，直线n的斜率大于m，说明活化能Ea小于m，催化效率高于m，故答案为：9.6×104；n；由图可知，直线n斜率大，Ea小，催化效率高；【小问3详解】设起始通入一氧化碳和氢气的物质的量都为2mol、生成甲烷的物质的量为amol，由题意可建立如下三段式：平衡时正逆反应速率相等，由三段式数据可得：=，解得a=0.4，则一氧化碳的转化率为×100%=40%，平衡时分压常数KP==×10—4，故答案为：40%；×10—4。7.2021年9月，中国科学院宣布在人工合成淀粉方面取得突破性进展，在国际上首次实现二氧化碳到淀粉的全合成，该技术未来有望促进碳中和的生物经济发展。（1）人工合成转化为淀粉只需要11步，其中前两步涉及的反应如图所示：反应：___________。（2）反应Ⅰ进行时，同时发生反应：在1L恒容密闭容器中充入和，一定温度下，达到平衡时，，，物质的量分数为___________％。(计算结果保留1位小数)（3）乙烯是