化学反应原理综合-五年（2017-2021）高考化学真题分项汇编（解析版）

专题12化学反应原理综合

[2021年】

1.(2021•山东卷)2-甲氧基-2-甲基丁烷(TAME)常用作汽油原添加剂。在催化剂作用下，可通过甲醇与烯

烧的液相反应制得，体系中同时存在如图反应：

K,

反应I：+CH3OH-/。

ATAME

八/

反应n：+CH3OH-/O

TAME

反应川:△%

回答下列问题:

(1)反应I、IKIII以物质的量分数表示的平衡常数K与温度T变化关系如图所示。据图判断，A和B中相

AH,

对稳定的是一(用系统命名法命名)；号的数值范围是一(填标号)。

A.<-1B.-l~0C.0~1D.>1

5

4

53

2

1

(2)为研究上述反应体系的平衡关系，向某反应容器中加入l.OmolTAME,控制温度为353K,测得TAME的

平衡转化率为以已知反应HI的平衡常数&3=9。则平衡体系中B的物质的量为—mol,反应I的平衡常

数治尸一。同温同压下，再向该容器中注入惰性溶剂四氢吠喃稀释，反应I的化学平衡将_(填“正向移

动”“逆向移动”或"不移动”)平衡时，A与CH30H物质的量浓度之比c(A)：C(CH3OH)=—。

(3)为研究反应体系的动力学行为，向盛有四氢吠喃的另一容器中加入一定量A、B和CHaOH。控制温度为

353K,A、B物质的量浓度c随反应时间t的变化如图所示。代表B的变化曲线为一(填“X”或"Y")；t=100s

时，反应in的正反应速率v正一逆反应速率v逆(填或"=)。

0.16

TS

12(100,0.112)

I

O8

。O.曲线X

0.044

曲线Y

0.00-1----,--------1——「一I-_I—

0100200300400500600

【答案】2-甲基-2-丁烯D0.9a叫1二逆向移动1:10X<

a~

【详解】

(1)山平衡常数Kx与温度T变化关系曲线可知，反应I、II、HI的平衡常数的自然对数随温度升高(要注意

横坐标为温度的倒数)而减小，说明3个反应均为放热反应，即△4<0、△〃2<0、△〃3<0,因此，A的总

能量高于B的总能量，能量越低越稳定，A和B中相对稳定的是B,其用系统命名法命名为2-甲基-2-丁烯;

由盖斯定律可知，I-11=111,则△“「△"2=AH3<0，因此由于放热反应的△”越小，其绝对值越

AH,

大,则肃的数值范围是大于I,选D。

(2)向某反应容器中加入LOmolTAME,控制温度为353K,测得TAME的平衡转化率为a,则平衡时

〃(B)

n(TAME)=(l-a)mol,n(A)+n(B)=n(CHOH)=amol,己知反应III的平衡常数匹3=9.0,则一H=9.0,将该式

3〃(A)

代入上式可以求出平衡体系中B的物质的量为0.9amol,n(A)=0.1amol,反应I的平衡常数

1-a

10(1-a)(l+a)

Kx尸—7----------------万------"同温同压下，再向该容器中注入惰性溶剂四氢吠喃稀释，反应I的

八/a)a

化学平衡将向着分子数增大的方向移动，即逆向移动。平衡时，TAME的转化率变大，但是平衡常数不变,

A与CHQH物质的量浓度之比不变，c(A)：c(CH3OH)=0.1a：a=l:10o

(3)温度为353K,反应HI的平衡常数KX3=9.0,—乂=9.0。由A、B物质的量浓度c随反应时间t的变化曲

〃A

线可知，X代表的平衡浓度高于Y,则代表B的变化曲线为X；由母线的变化趋势可知，100s以后各组分

〃⑻0.112

的浓度仍在变化，1=100$时一*=:7力=10.2>9,因此，反应III正在向逆反应方向移动，故其正反应

/1(A)0.011

速率V,E小于逆反应速率ViSS，填<。

2.(2021•浙江卷)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：

1

Cu(s)+2H2SO4(1)=CuSO4(s)+SO2(g)+2H2O(1)AH=-11.9kJ-molo判断该反应的自发性并说

明理由_______O

⑵已知2so2(g)+C)2(g)『^2SO3(g)AH=-198kJ-mor\850K时，在一恒容密闭反应器中充入一

定量的SO?和。2,当反应达到平衡后测得SO2、。2和SO3的浓度分别为6.0x10-3mol.I/、

8.0xIO-mol和4.4x10-2mol-IT1。

①该温度下反应的平衡常数为。

②平衡时SC)2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SO?氧化为S。：

B.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SO?的转化率

D.在吸收塔中宜采用水或稀硫酸吸收SO,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.3|—>bjB.bf•—>a2C.H2b2D.b2•->E.a3—>b3F.b3->a4G.a4—>b4

3

4

图1图2

③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2so式g）+C）2（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H）的关系曲线

示意图（标明曲线I、H）。

（4）一定条件下，在Na?S-H2sOd-H?。?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

系由澄清一浑浊一澄清的周期性变化。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。

IS2-+H+=HS-

II.①;

-+

HI.HS+H2O2+H=SJ+2H2O；

IV.②。

【答案】不同温度卜都能自发，是因为AH<0,AS>06,7xl03mor'.L88%CBDF

100

转

化HS-+4H2O2=SOj+4HO+H"

率2

%

温度

+

S+3H2O2=SO4~+2H2O+2H

【详解】

(1)实验室可用铜与浓硫酸反应制备少量so?的反应为

Cu(s)+2H2SO4(1)=CuSO4(s)+SO,(g)+2H2O(1)AH=-11.9kJmor',由于该反应

AH<0、A5>0,因此该反应在任何温度下都能自发进行。

(2)①根据题中所给的数据可以求出该温度下2SC)2(g)+O2(g)U2s03(g)的平衡常数为

K.卷。3)(4.4x10Tollf

2-312-31

C(SO2)C(O2)(6.0x10mol-L_)x8,0x10mol-L-

②平衡时so?的转化率为

_________4.4xlQ-2molL-'

X100%x100%=88%：

(SO2W.(SO3)6.0x10-3mol-L-1+4.4xIO_2mol-L71

(3)①A.在常压下SO2催化氧化为5。3的反应中，SO2的转化率已经很高，工业上有采用高压的反应条件,

A说法不正确；

B.进入接触室之前的气流中含有会使催化剂中毒的物质，需经净化处理以防止催化剂中毒，B说法不正确;

C.通入过量的空气可以增大氧气的浓度，可以使含硫矿石充分反应，并使化学平衡

2SO2(g)+O2(g)^2SO3(g)向正反应方向移动，因此可以提高含硫矿石和SO2的转化率;

D.SO3与水反应放出大量的热，在吸收塔中若采用水或稀硫酸吸收SO3,反应放出的热量会使硫酸形成酸

雾从而影响SO?被水吸收导致SO?的吸收速率减小，因此，在吸收塔中不宜采用水或稀硫酸吸收SO3,D

说法不正确。

综上所述，相关说法正确的是C；

②反应混合物在热交换气中与原料气进行热交换，在热交换过程中，反应混合物不与催化剂接触，化学反

应速率大幅度减小，故虽然反应混合物的温度降低，SC）2的转化率基本不变，因此，图2所示进程中表示

热交换过程的是4-。2、4f。3、4一因此选BDF;

③对于放热的可逆反应2so2（g）+C>2（g）U2so3（g），该反应的最适宜温度为催化剂的催化活性最好时所

对应的温度，在该温度下化学反应速率最大，SC）2的转化率也最大；当温度高于最适宜温度后，催化剂的

催化活性逐渐减小，催化剂对化学反应速率的影响超过了温度升高对化学反应速率的影响，因此化学反应

速率逐渐减小，so2的转化率也逐渐减小；由于该反应为放热反应，随着温度的升高，so2的平衡转化率

减小；由于反应混合物与催化剂层的接触时间较少，在实际的反应时间内反应还没有达到化学平衡状态，

故在相应温度下SC）2的转化率低于其平衡转化率。因此，反应2sO2（g）+C）2（g）w2so3（g）的转化率与最

100

I

适宜温度（曲线I）、平衡转化率与温度（曲线H）的关系曲线示意图可表示如下：!

（4）山pH-时间振荡曲线可知，在Na?S-H2so4-Hz。2溶液体系中，溶液的pH呈先增大后减小的周期性

变化，同时观察到体系由澄清一浑浊一澄清的周期性变化，硫化钠与硫酸反应生成HS：S2-+H+=HS--

然后发生HS-+4H2O=SO『+4H2O+H*,该过程溶液的pH基本不变，溶液保持澄清；溶液变浑浊时

HS-被H?。？氧化为S,即发生HS-+H2O2+H+=Si+2H2。，该过程溶液的pH增大：溶液又变澄清时

S又被Hz。？氧化为SOj,发生S+3H2O2=SO：-+2Hq+2H+,该过程溶液的pH在减小。因此可•以推

测该过程中每一个周期内的反应进程中依次发生了如下离子反应：S2-+H+=HS->

-+-+

HS+4H◎=SOj+4H,O+H\HS-+H2O2+H=SJ+2H2O,S+3H2O2=SO；+2H,O+2H0

3.(2021・广东卷)我国力争于2030年前做到碳达峰，2060年前实现碳中和。CH4与CCh重整是CC>2利用

的研究热点之一。该重整反应体系主要涉及以下反应：

a)CH4(g)+CO2(g)U2co(g)+2H2(g)kH\

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

c)CH4(g)UC⑸+2H2(g)

d)2CO(g)UCCh(g)+C⑸XHA

e)CO(g)+H2(g)UH20(g)+C(s)AW5

(1)根据盖斯定律，反应a的AH尸(写出一个代数式即可)。

(2)上述反应体系在一定条件下建立平衡后，下列说法正确的有。

A.增大CO?与CH4的浓度，反应a、b、c的正反应速率都增加

B.移去部分C(s),反应c、d、e的平衡均向右移动

C.加入反应a的催化剂，可提高CH4的平衡转化率

D.降低反应温度，反应a~e的正、逆反应速率都减小

(3)一定条件下，CH4分解形成碳的反应历程如图所示。该历程分步进行，其中，第步的正

反应活化能最大。

(4)设K；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。气体的相

对分压等于其分压(单位为kPa)除以po(po=lOOkPa),反应a、c、e的InK；随"(温度的倒数)的变化

如图所示。

yX103/K-1

①反应a、c、e中，属于吸热反应的有(填字母)。

②反应c的相对压力平衡常数表达式为K；=

③在图中A点对应温度下、原料组成为H(CO2)：/7(CH4)=1:L初始总压为lOOkPa的恒容密闭容器中进行反应,

体系达到平衡时H2的分压为40kPa。计算CH4的平衡转化率，写出计算过程

(5)CC>2用途广泛，写出基于其物理性质的一种用途：o

（P（H2））2

Po

【答案】△〃2+4”3。，5或小，3。“4AD44ac68%做冷冻剂

，P（CHJ

\）

Po

【分析】

根据盖斯定律计算未知反应的反应热；根据影响化学反应速率和化学平衡的因素判断反应速率的变化及转

化率的变化；根据图像及曲线高低判断反应进程和活化能的相对大小；根据平衡时反应物的分压计算平衡

转化率；根据CO2的物理性质推测CO2的用途。

【详解】

⑴根据题目所给出的反应方程式关系可知，a=b+c-e=c-d,根据盖斯定律则有△“产△“2+AH3-A，5=AH3-A/A；

(2)A.增大CO2和CH4的浓度，对于反应a、b、c来说，均增大了反应物的浓度，反应的正反应速率增大，

A正确；

B.移去部分C(s),没有改变反应体系中的压强，反应的正逆反应速率均不变，平衡不移动，B错误；

C.催化剂可以同等条件下增大正逆反应速率，只能加快反应进程，不改变反应的平衡状态，平衡转化率不

变，C错误；

D.降低温度，体系的总能量降低，正、逆反应速率均减小，D正确；

故答案选AD；

(3)由图可知，反应过程中能量变化出现了4个峰，即吸收了4次活化能，经历了4步反应；且从左往右看4

次活化能吸收中，第4次对应的峰最高，即正反应方向第4步吸收的能量最多，对应的正反应活化能最大。

(4)①随着温度的升高，反应a和c的InK；增大，说明K；的数值增大，反应向正反应方向进行，反应a和

c为吸热反应，同理反应e的InK；减小，说明的减小，反应向逆反应方向进行，反应e为放热反应，故

答案为ac；

(，(凡))2

②用相对分压代替浓度，则反应c的平衡常数表达式K；=P。

,P(CH4)；

(----------)

P。

I)

即K；=(p(就))

③由图可知，A处对应反应c的InK；=0,=1.解方程的p2(H2)=p(CHQ,已知反应平衡

Po

时P(H2)=40kPa,则有p(CH4)=16kPa,且初始状态时p(CHQ=——xl00kPa=50kPa,故CH4的平衡转化率为

1+1

50kPa-16kPa

xlOO%=68%：

50kPa

(5)固态CO?即为干冰，干冰用于制冷或人工降雨均是利用其物理性质。

【点睛】

本题难点在于与,关系曲线的判断，在曲线中斜率为正为放热反应，斜率为负为吸热反应。

pT

4.(2021.全国乙卷)一氯化碘(IC1)是一种卤素互化物，具有强氧化性，可与金属直接反应，也可用作有机

合成中的碘化剂。回答下列问题：

(1)历史上海藻提碘中得到一种红棕色液体，由于性质相似，Liebig误认为是ICL从而错过了一种新元素的

发现，该元素是。

(2)氯钠酸钢(BaPtC%)固体加热时部分分解为BaC^、Pt和Cl?,376.8℃时平衡常数uLOxHAPa?,

在一硬质玻璃烧瓶中加入过量BaPtC%,抽真空后，通过一支管通入碘蒸气(然后将支管封闭)，在376.8C,

碘蒸气初始压强为20.0kPa。376.8C平衡时，测得烧瓶中压强为32.5kPa,则p©=kPa,反应

2ICl(g)=Cl2(g)+L(g)的平衡常数K=(列出计算式即可)。

(3)McMorris测定和计算了在136~180℃范围内下列反应的平衡常数K0。

2NO(g)+2ICl(g)W2NOCl(g)+I2(g)Kp,

2NOCl(g)^2NO(g)+Cl2(g)K

得到IgKp广《和lgKp2~3均为线性关系，如下图所示:

1^4

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“305X8S”M2晶«M*4835«4

①由图可知，NOCI分解为NO和Cl2反应的AH0(填“大于”或"小于”)

②反应21cl(g)=C"g)+1式g)的K=(用Kp]、&2表示)：该反应的AH0(填“大于”或“小

于")，写出推理过程______。

(4)Kistiakowsky曾研究了NOC1光化学分解反应，在一定频率(v)光的照射下机理为：

NOC1+hv——>NOC1*

NOCI+NOC1*——>2NO+Cl2

其中hv表示一个光子能量，NOC1*表示NOC1的激发态。可知，分解Imol的NOC1需要吸收mol

光子。

100X(20X103-12.4X103)

【答案】澳(或Br)24.8-----、-----------------大于Kp-Kp?大于设

(24.8x10，)

T>T，即:<亨，由图可知：IgK")—IgKpJT珅gJO—lgKp|(T)|=lgKpi(T)—IgJi(T)则：

1g[Kp2(T').Kpl(T')]>1g[Kp2(T)-Kpl(T)],即k(T)>k(T),因此该反应正反应为吸热反应,即AH大于

00.5

【详解】

(1)红棕色液体，推测为澳单质，因此错过发现的元素是澳(或Br)；

⑵由题意玻3768C时璃烧瓶中发生两个反应：BaPtCl6(s)BaCl2(s)+Pt(s)+2Cl2(g),

Cb(g)+l2(g)U2ICl(g)。BaPtC16(s)UBaC12(s)+Pt⑸+2©2(g)的平衡常数Kp=L0xl()4pa2,则平衡时

P2(Ch)=1.0xl04Pa2.平衡时p(Cb)=100Pa,设到达平衡时b(g)的分压减小pkPa,则

ci2(g)+I2(g)u21cl(g)

开始/(kPa)20.00

小c、c，376.8℃平衡时，测得烧瓶中压强为32.5kPa,则0」+20.0+p=32.5,

变化/(kPa)p2p

平衡/(kPa)0.120.0-p2p

解得p=12.4,则平衡时p©=2pkPa=2xl2.4kPa=24.8kPa：则平衡时，b(g)的分压为

33,

(20.0-p)kPa=(20x10-12.4x10)Pa,pICI=24.8kPa=24.8xl0Pa,p(Ch)=01kPa=100Pa,因此反应

100X(20X103-12.4X103)

21cl(g)=Cl,(g)+I,(g)的平衡常数K=.、2；

(24.8xlO3)

(3)①结合图可知，温度越高，能越小，IgKpz越大，即Kp2越大，说明升高温度平衡

2N0Cl(g)=2N0(g)+CL(g)正向移动，则NOC1分解为NO和C%反应的大于0；

②I.2NO(g)+2ICl(g)=2NOCl(g)+I2(g)Kpl

II.2NOCl(g)02NO(g)+Cl2(g)Kp2

I+H得2ICl(g)=C12(g)+L(g)，则21cl(g)=Ck(g)+l2(g)的K=Kp「Kp2：该反应的AH大于0；推

理过程如下：设T'>T，即山图可知：

TT

IgKg(T)-lgKp2(T)>|lgKpl(T')-lgKpl(T)|=lgKpl(T)-lgKpl(T)则：

1g[Kp2(T')-Kpl(T')]>1g[Kp2(T)-Kpl(T)],UPk(T')>k(T),因此该反应正反应为吸热反应，即AH大于

0；

(4)INOCl+hv——>NOCf

II.NOC1+NOC1*——>2NO+Cl2

I+II得总反应为2NOCl+hv=2NO+C12,因此2moiNOC1分解需要吸收Imol光子能量，则分解Imol的NOC1

需要吸收0.5mol光子。

5.(2021•全国甲卷)二氧化碳催化加氢制甲醇，有利于减少温室气体二氧化碳。回答下列问题：

(1)二氧化碳加氢制甲醇的总反应可表示为:

CO2(g)+3H2(g)=CH30H(g)+H20(g)

该反应一般认为通过如下步骤来实现：

①C02(g)+H2(g)=C0(g)+H20(g)AH,=+41kJ・mo「

②CO(g)+2H2(g)=CH3(DH(g)AH2=-90kJ.mor'

总反应的AH=kJ.mol1；若反应①为慢反应，下列示意图中能体现上述反应能量变化的是

(填标号)，判断的理由是o

体

体

系

系

能

能

量

量

A.

体

体

系

系

能

能

量

量

反应进程反应进程

(2)合成总反应在起始物n(H2)/n(CC)2)=3时，在不同条件下达到平衡，设体系中甲醇的物质的量分数为

x(CHQH),在t=250℃下的xlCROH)〜p、在p=5xl()5pa下的x(CH3(3H)~t如图所示。

数

的于成答衡

分为

醇低生故平

量认

般甲量于，的

的制能低项

质一质

氢总量A

物应物

加物能是

的反各

碳成总的

醇该用

,化生物化利

甲)此

的g氧应变此

。，(二因量

②动②反。因

O2得，能

_应移,的的,

H1可应①应)

或反向l②g

+o②反应反(

于方)m+应

—热现O2

大g.①反反

为应(J放体H

能Hk，时于

能反1为同能+

化O知大

可逆,4应，中)

活H+可能g

件向C=反②图(

的衡,律化H

条①=总应意0

平)H定活

应应gA应反示3

=时(斯的H

反2反于此C

p反)盖①

K，度Hg该高因=

3(据应

式=值温℃O；能，)g