2024年高考化学二轮复习：化学反应原理综合（题型突破）（练习）

专题09化学反应原理综合(题型突破)

目录

题型1化工生产中条件选择与控制

题型2设置情景制备新型工业材料

题型3运用化学反应原理环境保护

题型1化工生产中条件选择与控制

1.(2024•浙江省金华市十校选考模拟考试)科学家开发新型催化剂实现了N2O对CH3cH=CHCH3(2-丁

烯)的气相选择性氧化，其反应为：

反应I：CH3CH=CHCH3(g)+N2O(g)CH3CH2COCH3(g)+N2(g)AHi=-398kJ-mor1

反应H：CH3CH=CHCH3(g)+2N2O(g)2CH3CHO(g)+2N2(g)AH2

请回答：

(1)几种共价键的键能数据如下表所示。

共价键C-HC-CC=CC=ON=NN=ON=N

键能/kJ-mol413347614745945607418

已知N2O的结构式为N=N=O,反应II的正反应的活化能为EkJ-mol-，则反应II的逆反应的活化能为.

kJmol-1o

(2)一定温度下，向恒压密闭容器中充入CH3cH=CHCH3(g)和N2O(g),发生反应I和反应II,测得平衡

体系中N2的体积分数与起始投料比小、W,、的关系如图所示。下列有关说法正确的是

n(CH3cH=CHCH31

___________(填标号)O

”(CH2cH=CHCHJ

A.混合气体中N2体积分数不再变化说明反应已达到平衡状态

B.达到平衡时，体系中N2的体积分数总是小于50%

C.M、N、Q三点，N2O(g)的转化率大小：N>M>Q

D.从N到Q,N2百分含量下降，是因为反应I逆向移动

(3)在恒压密闭容器中充入2molCH3cH=CHCH3(g)和2molN2O(g),发生反应I和反应II-Pi压强下测

得平衡时CH3cH2coeH的选择性与温度的关系如图所示。X点时CH3cH=CHCH3(g)的平衡转化率为50%。

生成目标产物所消耗的2-丁烯的物质的量

(CH3cH2coeH的选择性=)。

反应消耗的2-丁烯的总物质的量

①其他条件不变，温度升高，平衡时CH3cH2coeH3(g)的选择性升高的原因是=

②X点反应I的平衡常数KP的数值为(用平衡分压代替平衡浓度,分压=总压x物质的量分数)。

③若P2>Pi,请在图中画出P2时，CH3cH2coeH3的选择性随温度升高的变化曲线o

2.(2024•山东烟台高三期中联考)将CO2转化为高附加值碳基燃料，可有效减少碳排放。将CO2和H2

在催化剂作用下，可实现二氧化碳甲烷化。可能发生反应：

i.CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)AHi

-1

ii.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)Aft=+41.2kJmol

iii.CO(g)+3H2(g)CH4(g)+H2O(g)△”3=-206」kJ-mo「i

(1)利用不同催化剂，在一定温度和反应时间条件下，测得产物的生成速率与催化剂的关系如图可知有

利于制甲烷的催化剂是O

105

100

95

%90

<、

785

y80

?75

^70

*

s65

o'

。

60

010020030040050060070080090010001100

温度rc

图2

(2)不同条件下，〃仁02):〃(旦)=1:4投料，发生上述反应，CO2的平衡转化率与温度的关系如图2.升

高温度，反应i的化学平衡常数(填"增大’或"减小”)；Pi、P2、P3由大到小的顺序是。

压强为B的条件下，温度高于600℃之后，随着温度升高转化率增大的原因是o

(3)①在某温度下，向恒容容器中充入7moicCh和12moiH2,初始压强为19kPa,反应经lOmin达到

平衡，此时气体的总物质的量为17mo1,p(C0)=3kPa,贝!|v(CH4)=kPa/min,该温度下反应ii

的化学平衡常数K=。

②若保持温度不变压缩容器的体积，CH4的物质的量_________(填“增加”“减小”或“不变”)，反应i的平

衡将(填“正向”“逆向”或“不”)移动。

3.(2024•北京朝阳区高三期中联考)合成氨的发展体现了化学科学与技术的不断进步。

(1)1898年，化学家用氮气、碳化钙(CaC2)与水蒸气反应制备氨：

i.碳化钙和氮气在1000℃的高温下产生鼠氨化钙(CaCN2)；

ii.氟氨化钙与水蒸气反应生成氨气。

写出反应ii的化学方程式：O

(2)20世纪初，以N2和H2为原料的工业合成氨方法研制成功。其反应为：

催化剂

-1

N2(g)+3H2(g)2NH3(g)AH=-92.4kJ-molo

高温、高压

①N2的化学性质稳定，即使在高温、高压下，N2和H2的化合反应仍然进行得十分缓慢。从分子结构角

度解释原因：。

②压强对合成氨有较大影响。下图为不同压强下，以物质的量分数X(H2)=0.75、X(N2)=0.25进料(组成

1),反应达平衡时，X(NH3)与温度的计算结果。

0.40

3o

O.

O.

O.2o

1o

n

227327427527627727

温度〃C

i.判断压强：piP2(填“〉”或“<”)，简述理由：o

ii.在pi、x(NH3)=0.20时，氮气的转化率为=

iii.合成氨原料气中存在不参与反应的Ar时会影响NH3的平衡含量。在pi时，以物质的量分数

X(H2)=0.675、X(N2)=0.225、x(Ar)=0.10进料(组成2),反应达平衡时x(NH3)与温度的计算结果与组成1相比

有一定变化，在上图中用虚线画出相应曲线。

(3)我国科学家研制出Fe-TiC)2rH,双催化剂，通过光辐射产生温差(如体系温度为495℃时，纳米Fe

的温度为547℃,而TiO2rHy的温度为415℃,解决了温度对合成氨工业反应速率和平衡转化率影响矛盾的

问题，其催化合成氨机理如图所示。

纳米Fe催化剂

TiO.H催化剂

z-xy

分析解释：与传统的催化合成氨(铁触媒、400~500℃)相比，Fe•-TiO2TH,双催化剂双温催化合成氨具

备优势的原因是。

4.(2023•辽宁省锦州市高三质量检测)尿素[CO(NH2)2]在医学、农业、工业以及环保领域都有着广泛的应

用。工业合成尿素的热化学方程式为：2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(g)+H2O(l)A”=-87.0kJ・moH。合成

尿素的反应分步进行，如图是反应的机理及能量变化(单位：kJ-mol-1),TS表示过渡态。

TS3

TSj

CO2+2NH3

(0.00)

回答下列问题:

(1)若AEi=66.5kJ・moE,则AE2=khmol」。

(2)若向某恒温、恒容的密闭容器中分别加入等物质的量的NH3和CO2,发生合成尿素的反应。下列叙述

能说明反应已经达到平衡状态的是(填标号)。

a.断裂6moiN—H键的同时断裂2moiO—H键b.混合气体的压强不再变化

c.混合气体的密度不再变化d.CO2的体积分数不再变化

(3)最后一步反应的化学方程式可表示为：HNCO(g)+NH3(g)CO(NH2)2(g)o

I.在Ti℃和T2℃时，向恒容密闭容器中投入等物质的量的HNCO和NH3,平衡时lgp(NH3)与lgp[CO(NH2)2]

的关系如图I所示，p为物质的分压(单位为kPa)=

①TiT2(填“>”“<”或"=")o

②T2时，该反应的标准平衡常数K<)=

［已知：分压=总压X该组分物质的量分数，对于反应：dD(g)+eE(g)gG(s),正碎用其

中K9=100kPa,p(G)、p(D)、p(E)为各组分的平衡分压。］

③保持温度不变，点A时继续投入等物质的量的两种反应物，再次达到平衡时，CO(NH2)2的体积分数

将(填“增大”“减小”或“不变”)。

II.其他条件相同，在不同催化剂下发生该反应，反应正向进行至相同时间，容器中CO(NH2)2的物质

的量随温度变化的曲线如图n所示。

n[CO(NH2)2]

④在500℃时，催化效率最好的是催化剂(填标号)。

⑤500℃以上，n［CO(NH2)2］下降的原因可能是(不考虑物质的稳定性)。

题型2设置情景制备新型工业材料

1.(2024•河北石家庄•高三石家庄精英中学期中)氨的用途十分泛，如氨是制造硝酸和氮肥的重要原料。

工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破。回答下列问题:

(2)在不同条件下进行合成氨反应，下列反应速率由大到小的顺序是(填选项序号)。

①v(N2)=0.5mol/(L・min)②v(H2)=0.02mol/(L・s)

③v（NH3）=0.4mol/（L-min）@v（NH3）=0.02mol/（L-s）

（3）对于合成氨反应而言，只控制一个变量，下列图像合理的是（填选项字母）。

（4）一定温度下，向2L恒容密闭容器中充入0.4molN2、L2molH2发生反应，NH3的浓度随时间变化情况

的平衡常数Kp=MPL（用分数表示，Kp为分压表示的平衡常数，分压=总压x体积分数）；若维持

温度不变,向另一2L恒容密闭容器中充入H2、N2和NH3各4mol时,该反应的vr（填或"="）v

2.（2024•浙江金华一中高三期中）乙烯、丙烯是化学工业的最基本原料，工业上可采用多种方法生产,

请回答下列问题：

方法一：利用丙烷脱氢制烯烧，反应如下。

Ic3H8（g）C3H6（g）+H2（g）AHi

IIC3H8（g）c2H4（g）+CH4（g）AH2

me2H4（g）+H2（g）c2H6（g）AH3

WC3H8（g）+H2（g）CH4（g）+C2H6（g）AH4

上述各反应常压下平衡常数自然对数值InKp随温度（T）的变化如图1所示。

图1

(l)AHi0(填“〈”或“>”)；图1中表示反应II的曲线为(填“a”或"b”)。

(2)Ti温度下，向体积不等的恒容容器中加入等量C3H8,若只发生反应I,反应相同时间后，测得各容

器中C3H8的转化率与容器体积关系如图2o

①下列说法正确的是o

A.各容器内反应的平衡常数相同

B.体系处于W点时，加催化剂，可提高C3H8转化率

C.体系处于W、M两点时，若升高温度，净反应速率均增加

D.反应过程中若容器内气体密度不再变化，则反应已达平衡

②保持其他条件不变，增大c3H8初始投料，请在图2中画出C3H8的转化率与容器体积关系图_______O

方法二：利用甲醇分解制取烯燃，涉及反应如下。

a.2cH30H(g)=C2H4(g)+2H20(g)AH=-22.66kJ-moL

b.3cH30H(g)=C3H6(g)+3H2O(g)AH=-92.24kJ-mor1

c.3c2H4(g)2c3H6(g)

(3)①恒压条件下，平衡体系中各物质的物质的量分数随温度变化如图3所示。已知923K时，

X(C2H4)=2X(C3H6),假设没有副反应，平衡体系总压强为P,求923K反应c的平衡常数KP。(对

于气相反应，用某组分B的平衡压强p(B)代替物质的量浓度c(B)也可表示平衡常数，记作Kp,如

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)

②工业上使甲醇反应气流经ZSM-5分子筛催化分解，该催化剂同时也可催化丁烯裂解2c4H8(g)=

C2H4(g)+2C3H6(g)AH=+117.93kJ.molT。请说明，甲醇分解工艺中常常添加适量丁烯共同反应，其原因

可能为=

3.(2023•辽宁省沈阳市二模)甲醇水蒸气催化重整是当前制取清洁能源氢气的主要方法,其反应机理如下:

反应I：CH3OH(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g)AHi

反应II：O2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)AH2

请回答下列问题：

(1)在催化剂作用下，反应I可通过如图1所示的反应历程实现催化重整，贝UAHi=kJmol-io

(

0

0

1

4

2

酬

髭

反应过程

图1

⑵将一定量的甲醇气体和水蒸气混合反应，使用催化剂R，测得相同条件下，甲醇的转化率［(CH3OH)%］

与CO的物质的量分数［(CO)%］变化如图2所示。反应II为反应(填“吸热”或“放热)选择催化

剂R的作用为.

503513523533

T/K

图2

(3)将Imol甲醇气体和L3mol水蒸气混合充入2L恒容密闭容器中，控制反应温度为300℃、起始压强为

2.5MPa下进行反应。平衡时容器中n(CH3OH)=n(CO)=0.Imol,甲醇的转化率为,则反应I的

平衡常数Kc=(mol-L-1)2(列出计算式即可)。

(4)相同反应条件下，测得相同时间内甲醇水蒸气重整反应各组分的含量与反应温度关系曲线图如下，下

列说法中正确的是o

a.升温对反应I的化学反应速率影响更大

b.该条件下催化剂活性温度高于270℃

C.催化剂的选择应考虑提高生成CO2的选择性

d.250℃时,n(CH3OH)：n(CO)不小于1.3

4.(2024.浙江省A9协作体高三联考)CH30H是一种绿色燃料，可由CO或CO2制备。工业上制备CH30H

发生如下反应：

反应1：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)AH=-49.5kJ/mol

反应2：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)AH=+41.2kJ/mol

请回答：

(l)CO(g)+2H2(g)CH30H(g),该反应的AH=kJ/moL

⑵将C02和H2按1：3通入密闭容器中发生反应1和反应2,改变反应温度，分别测得IMPa、3MPa、

5MPa下CO2的平衡转化率(a)以及3MPa时生成CH3OH、CO选择性⑸的变化如图甲(选择性为目标产物在

总产物中的比率)。

图甲

①代表5MPa下a(CCh)随温度变化趋势的是曲线(填“a”“b”或"c”)。

②随着温度升高，a、b、c三条曲线接近重合的原因是o

③P点对应的反应2的平衡常数Kp=o

④分子筛膜反应器可提高反应1的平衡转化率，原理如图乙所示。分子筛膜反应器可提高转化率的原

因是。

CO2+H2CH3OH

崔化反医/CO2+H2'

(____1____■一”:M体

%

吹扫气:N2pH,0吹扫气:N2+H2?

图乙

⑤请在下图中画出5MPa时生成CH3OH、CO选择性(S)随温度变化的曲线。

(

)S

当

港

根

蜃

世

题型3运用化学反应原理环境保护

1.(2024.江苏淮安•高三校联考阶段练习)研究烟气脱硝脱硫是环境保护、促进社会可持续发展的重要课

题。

(1)一种隔膜电化学法可处理燃煤烟气中的NO和SO2,装置如图所示。阴极区的电极反应式为

HSO；so2

使用固体催化剂可提高脱硫效率。气体在固体催化剂表面反应的机理是气体反应物分子吸附在催化剂

表面，占据催化剂表面活性位点，生成一些活性高的微粒，从而降低反应活化能，提高反应速率。

⑵活性炭催化脱除S02的机理如图所示(*代表吸附态)。写出“热再生''生成S02的化学方程式

so2o2H2OSO2

\\\/h再生

so2*02*H2O*—>SO3*->H2SO4*---------

水

活性炭基材料洗

H2SO4

(3)丫2。5/炭基材料是在活性炭上载有V2O5活性成分，构成更高活性的活性炭催化剂，更有利于S02转

化为SO3,最终实现脱硫。

①通过红外光谱发现，脱硫开始后催化剂表面出现了VOSO4的吸收峰，再通入02后V0S04吸收峰消

失，后一步用化学方程式表示为。

②控制一定气体流速和温度，考察烟气中的存在对V2O5/炭基材料催化剂脱硫活性的影响，结果如

图所示，当02浓度过高时，去除率下降，其原因可能是。

%

、

树

合

出

6

S

(4)科学家通过NH3活化改进提升了活性炭的脱硫性能，认为活性炭表面的含氮官能团具有催化性能,

含氮官能团越丰富越有利于提升脱硫性能，原因可能是。

2.(2024.江苏南通高三期中)捕集并转化CO2可以有效实现碳达峰、碳中和。

I.工业上利用两种温室气体CH4和CO2催化重整制取H2和CO,主要反应为

1

反应①：CH4(g)+CO(g)2CO(g)+2H2(g)AHi=+247.4kJ-mor

过程中还发生三个副反应：

1

反应②：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)AH2=+41.2kJ-mor

1

反应③：2co(g)CO2(g)+C(s)AHs=-lVl.OkJmor

反应④：2co(g)=2H2(g)+C(s)AH4

将CH4与CCh(体积比为1：1)的混合气体以一定流速通过催化剂，产物中也与CO的物质的量之比、

CO2的转化率与温度的关系如图所示：

500600700800

温度/℃

(1)AH4=。

n(H,)

(2)500℃时，一淙比较小，此时发生的副反应以(选填②、③、④中一种)为主。升高温

度，产物中H2与CO的物质的量之比增大的原因是。

II.光催化CH4和CO?生成CO和H2催化反应机理如图所示:

(3)上述反应机理中表现出氧化性的粒子有.

III.用光电化学法将CO2还原为有机物实现碳资源的再生利用，其装置如左图所示，其他条件一定时,

恒定通过电解池的电量，电解得到的部分还原产物的法拉第效率(FE%)随电解电压的变化如右图所示:

Cu

电极

\

■^UCOOH

IHCHO

ICH3OH

质

子

]C2H50H

换

交

膜

电解质溶液

100

m

15

0

ulu2电压/V

o_Qx(生成还原产物X所需要的电量)°

FE_Q总(电解过程中通过的总电量)X]0%其中,Q、=nF,n表示电解生成还原产物X所转移

电子的物质的量，F表示法拉第常数。

(4)当电解电压为U1V时，阴极生成HCHO的电极反应式为。

(5)当电解电压为U2V时，电解生成的HCOOH和HCHO的物质的量之比为3：2,则生成HCHO的法

拉第效率m为=

3.(2024•浙江省嘉兴市高三基础测试)CO2过度排放会引起气候、环境等问题。在Cu/ZnO催化剂下，

CO2和七可发生反应生成CH30H和CO,热化学方程式如下：

1

I.CO(g)+3H2(g)CH30H(g)+H2O(g)AH=-SOkJ-mor

1

II.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)AH=+41.2kJ-mol

⑴已知：2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)AHi=-566kJmor>

H2O(g)=H2O(l)AH=-44kJ-molT

写出表示氢气燃烧热的热化学方程式O

(2)在一定温度下，向体积固定的密闭容器中通入ImolCCh和2.31molH2,起始压强为0.33MPa,发生

反应I和H。平衡时，总压为0.25MPa,CO2的转化率为50%,则反应I的平衡常数KP=(MPa尸

(以分压表示，分压=总压X物质的量分数)

(3)不同压强下，维持投料比相同，实验测定C02的平衡转化率随温度的变化关系如图1所示。在恒压

密闭容器中，维持投料比相同，将C02和H2按一定的流速通过反应器，二氧化碳的转化率［a(CC)2)］和甲

醇的选择性［HCHsOH)='二大「生成xlOO%］随温度变化关系如图2所示。图示温度范围催化剂的活性受

”(CO?)消耗

温度影响不大。

图1图2

①下列说法不正确的是

A.图1中，P1<P2<P3<P4

B.图1中55。℃后以反应n为主，反应n前后气体分子数相等，压强改变对平衡基本没有影响

C.图2中236℃后，升温使反应I平衡逆向移动的程度大于反应II平衡正向移动程度，使CO2转化率

和CH30H选择性都下降

D.改用活性更好的催化剂能使图2中各温度下C02转化率都增大

②假设只发生反应I,一定温度下氢气和二氧化碳的物质的量之比为n：1,相应平衡体系中甲醇的物

质的量分数为y,请在图3中绘制y随n变化的示意图。

n

图3

(4)在密闭容器中，维持其他条件不变，在不同的压强下发生反应I和n,二氧化碳的平衡转化率和甲

醇的选择性随压强变化关系如下表所示。n(CO)随压强增大而(填“增大”“减小”或“不变”)，从化

学平衡移动角度解释原因___________o

压强P(MPa)123456

CO2的平衡转化率％8.115.322.229.536.143.2

CH30H的选择性％49.580.190.094.597.198.6

4.(2024•浙江杭州市高三一模)在“碳达峰、碳中和”的明确目标下，利用CO、CO2的甲烷化制备人造天

然气既可以避免碳排放造成的资源浪费和环境污染，又可以缩短碳循环获得清洁能源。甲烷化工艺中主要

涉及到如下反应：

甲烷化反应i.CO(g)+3H2(g)CH4(g)+H2O(g)AHi=-206.3kJmor>