2025年高考化学二轮复习大题突破练：化学反应原理综合题

大题突破练(三)化学反应原理综合题

1.(2024•广东大亚湾区1月联合模拟)某课题组研究CO2加氢制甲醇。涉及的主要反应有:

1

反应I:CO2(g)+3H2(g)-CH3OH(g)+H2O(g)AHi=-48.3kJ-mol-

1

反应II:CO2(g)+H2(g)-CO(g)+H2O(g)AH2=+41,2kJ-mol

反应ni:CO2(g)+4H2(g)=CH4(g)+2H2O(g)

AH3=-154.8kJ-mol1

反应W:CO(g)+2H2(g)—CH30H(g)AHA

回答下列有关问题：

(1)反应IV的AH4=0

(2)下列有关说法正确的是o

A.增压时,CO的物质的量分数一定增大

B.当甲醇的分压不再改变时，体系达到平衡

C.在恒容密闭容器中充入Ar,反应HI速率不变

D.升温时，反应II逆反应速率加快的程度大于正反应速率

⑶研究发现，在3MPa条件下，当起始〃(CO2)：〃(H2)=1：3,平衡时CO2的转化率、含碳产物的

选择性(转化的CO2中生成CH3OH、CH4或CO的百分比，如甲醇的选择性

=生碧*等xlOO%)与温度关系如图所示。

洎耗CC)2的里

6

I会60

皿

T

温度rc

①随着温度升高，甲醇选择性降低而CO2的转化率却升高的原因可能

是。

②在T温度下，若CH4的选择性为10%,计算此温度下反应II的平衡常数K=0

(4)一种在铜基催化剂上CO2加氢制甲醇的机理如图所示，其中吸附在铜基催化剂表面上的物种

用“*”标注。

CO2⑻+3H?(g)

£,/

\/A£H3COO*-

\/HC00H*+4H*/CHOH(g)+HO(g)

CO2*+6H*32

HC00*+5H*

CH3O*+OH*+2H*

CH3OH*+H2O*

反应历程

①基态铜原子的价电子排布式为O

②决速步的反应方程式为。

(5)写出甲醇在生产或生活中的一种应用。

答案：|(1)一89.5kJ-mol-1(2)BC

(3)①生成甲醇的反应均为放热反应,升温时平衡逆向移动，甲醇选择性降低;反应n是吸热反应,

升温平衡正向移动,且反应n占主导作用②0.198

(4)①3d1°4sl②CH3O*+OH*+2H*—CH3OH*+H2。*

(5)作燃料(或溶剂或制甲醛等)

|解析：|(1)根据盖斯定律可知反应I-反应II=反应W,AH4=AHI-AH2=-48.3kJ-mor1-(+41.2kJ-moF

1)=-89.5kJ-mor'o

(2)反应n是等体积变化的反应，反应iv是气体体积减小的反应，增压时反应w的平衡正向移

动,CO的物质的量分数减小,A错误;反应达到平衡时,各物质的浓度、含量均不变，则甲醇的分

压不再改变时其浓度不变,体系达到平衡状态,B正确;在恒容密闭容器中充入Ar时，反应物、生

成物的浓度均不变,则反应速率不变化,c正确;反应n是吸热反应,升高温度时平衡正向移动抑

升温时反应II逆反应速率加快的程度小于正反应速率,D错误。

⑶②设起始时n(CO2)=lmokn(H2)=3mol,由图可知,T温度平衡时CO2的转化率为60%、

CH30H的选择性为60%,CH4的选择性为10%恻CO的选择性为1-60%-10%=30%,平衡体系中

CO2的物质的量为0.4mol,«(CH3OH)=lmolx60%x60%=0.36mol,«(CH4)=0.06mol,«(CO)=0.18

mol,根据H、O原子守恒可得:2〃'(H2)+2〃(H2O)+0.36molx4+0.06molx4=6mol,n(H2O)+0.8

mol+0.36mol+0.18mol=2mol,解得〃'(H2)=1.5mol,??(H2O)=0.66mol,此温度下反应II的平衡常

(4)@Cu的原子序数为29,基态铜原子核外电子排布式为［Ar］3di°4si,其价电子排布式为

3di°4s］。

②反应的能垒或活化能越高，反应速率越慢，该步反应的反应速率决定整个反应的反应速率，是

决速步，由图可知,过渡态5的能垒最高，该步反应为CH3O*+OH*+2H*—CH3OH*+H2O*O

(5)甲蜉具有可燃性，是艮好的有机溶剂，是重要的化工原料等，可用作燃料、溶剂、制备甲醛

等。

2.(2024.甘肃二模)苯乙烯是生产塑料和合成橡胶的重要有机原料，可由乙苯催化脱氢获得。乙

苯催化脱氢制苯乙烯的反应为：

2cH山)k外Q^CH=CH2(g)+H2©

(1)已知:

化学键C—HC—CC=CH—H

键能/(kJ・mol”)412348612436

1

计算上述反应的AH=kJ-mol-o

(2)为提高乙苯的平衡转化率,应选择的反应条件为(填字母)。

A.低温、IWI压B.IWJ温、低压

C.低温、低压D.I^J温、IWJ压

(3)工业上，通常在乙苯蒸气中掺混水蒸气(原料气中乙苯和水蒸气的物质的量之比为1：9),控制

反应温度600℃,并保持体系总压为常压的条件下进行反应。在不同反应温度下,乙苯的平衡转

化率和某催化剂作用下苯乙烯的选择性(指除了H2以外的产物中苯乙烯的物质的量分数)示意

①掺入水蒸气能提高乙苯的平衡转化率，解释说明该事实:O

②控制反应温度为600℃的理由是。

(4)100kPa恒压下，为℃时将2mol乙苯蒸气通入容积可变的密闭容器中发生乙苯脱氢制苯乙

烯反应。反应经过lOmin达到平衡，此时苯乙烯的体积分数为0.375,则乙苯的转化率

为,0-10min内的平均反应速率v(H2)=kPa-min",该温度下的KP=

kPa。

客利(1)+124(2)B

⑶①正反应为气体分子数增大的反应,保持压强不变，加入水蒸气，容器容积增大,等效为降低压

强，平衡向正反应方向移动②600℃时乙苯的转化率与苯乙烯的选择性均较高，温度过低，反应

速率较慢，转化率较低，温度过高，选择性下降，高温下可能使催化剂失去活性，且消耗能量较大

(4)60%3.7556.25

H眼⑴反应热=反应物断键所吸收的热量-生成物成键放出能量,AH=2x412kJ-mori+348

kJ-mol"-612kJ-mol-1-436kJ-mol-1=+124kJ-mol』。

(2)正反应为气体分子数增大的反应，减小压强，有利于平衡正向移动;正反应为吸热反应,升高温

度,有利于平衡正向移动，所以选择高温、低压。

(3)①正反应方向气体分子数增加，加入水蒸气起稀释作用，相当于起减压的效果，减压的条件下,

平衡正向移动，乙苯的平衡转化率增大。

(4)根据方程式2cH3(g)、催化剂、CHz(g)+及©,反应经过10min达到平

衡,设反应消耗的乙苯的物质的量为xmol,则剩下的乙苯为(2-x)mol,苯乙烯的体积分数为

°-375=。：JXIOO%,解得x=L2,则乙苯的转化率为孕里xl00%=60%;0~10min内的平均反

应速率v(H2)=筹=037；焉kPa=375kPa-min";该温度下的

_p(H2>p(苯乙烯)_0.375xl00kPaxO.375x100kPa_

5p(苯乙烷)=0.25X100kPa=56-25kPa°

3.(2024.湖北七市二模)为了实现“碳达峰”和“碳中和”的目标，将CO2转化成可利用的化学能源

的“负碳”技术是世界各国关注的焦点。回答下列问题：

方法I:CO2催化加氢制甲醇。

以CO2、H?为原料合成CH30H涉及的反应如下：

反应i:CO2(g)+3H2(g)-CH30H(g)+H20(g)AHi=-49.0kJ-mol-1

1

反应ii:CO2(g)+H2(g)-CO(g)+H2O(g)AH2=+41.0kJ-mol

反应iii：CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)Aft

⑴计算反应iii的AH3=kJ-mol-^

⑵一定温度和催化剂条件下，在密闭恒容容器中按照投料”(CO2)：〃(H2)：〃(N2)=1：3：1发生

反应(N2不参与反应)，平衡时CO2的转化率、CH30H和CO的选择性［如CH30H的选择性

九生成(CH3OH)

X100%］随温度的变化曲线如图所示。

n生成(CH3°H)+n生成(CO)

100

90曲线a

80

70

60

50

曲线b

40

30

20

10曲线c

0

180200220240260280300320340360380400

反应温度/P

①图中曲线a表示物质（填“CO2”“CH3OH”或“CO”）的变化。

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（填字母）。

A.升高温度，反应i逆向移动,所以正反应速率减小

B.向容器中再通入少量N2,CO2的平衡转化率下降

C.移去部分H2O（g）,反应iii平衡一定不移动

D.选择合适的催化剂能提高CH30H的选择性

③保持温度不变，在恒容反应器中，初始总压为5pkPa,只发生反应i和ii,达到平衡时CO2的转

化率为80%,CO的选择性为25%,则H2的转化率为，反应ii的压强平衡常数

Kp=（用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压x物质的量分数）。

方法n：催化加氢制甲酸。

⑶科研工作者通过开发新型催化剂，利用太阳能电池将工业排放的CO2转化为HCOOHo

已知CO2（g）+H2（g）-HCOOH（g）A^-Sl4kJmol-10温度为Ti℃达到平衡时,化学平衡常数

K=1.8。实验测得:v正“正C（CO2）-C（H2）,V逆=左逆c（HCOOH）,左正、k逆为速率常数。Ti℃时，左正=

上逆;若温度为72℃达到平衡时小=1.9左逆，则T2（填“或“*

答案:(1)-90.0

(2)①CO②D③家或者66.7%)0.8

(3)1.8<

解析:11

⑴根据盖斯定律，i-ii=iii,所以AH3=AHI-AH2=-49.0kJ-mol-(+41.0kJ-mol)=-90.0

kJ-mol^o

⑵①反应ii为吸热反应，升高温度平衡正向移动,CO的选择性提高，反应中CO2的转化率升

高,CO的选择性为曲线a;反应i为放热反应，升高温度平衡逆向移动,CH30H的选择性降低，反

应中CO2的转化率降低,CH30H的选择性为曲线c;两反应综合效应,CO2的转化率为曲线b。

②升高温度,所有反应的正逆反应速率均升高,A项错误;在恒容容器中充入N2,反应体系中各物

质的浓度不会发生改变，反应速率不变,平衡不移动,CCh转化率不变,B项错误;移去部分H20(g),

反应i、ii均正向移动，导致CH30H和CO增加,浓度商可能发生变化，反应iii平衡可能发生移

动,C项错误;催化剂具有专一性，所以选择合适的催化剂能提高CH30H的选择性,D项正确。

③投料”(C02)"(H2)：〃(N2)=1：3：1,假设初始物质的量分别为1mol、3mok1mol,因为发

生反应i和ii,达到平衡时CO2的转化率为80%,CO的选择性为25%,所以共反应掉C02的物

质的量为0.8mol,生成CO物质的量为0.8molx25%=0.2mol,根据C守恒，生成CH30H物质的

量为0.6molo列三段式：

++

co2(g)3H2(g)=CH30H(g)H2O(g)

起始/mol1300

转化/mol0.61.80.60.6

平衡/mol0.210.60.8

++

CO2(g)H2(g)0CO(g)H2O(g)

起始/mol1300

转化/mol0.20.20.20.2

平衡/mol0.210.20.8

则H2的转化率为°8m案:12moi=|；平衡时气体(包括N2)的总物质的量为0.2mol+1mol+0.6

mol+0.8mol+0.2mol+1mol=3.8mol,平衡时总压强p平=3.8〃kPa,CCh、H2、CO、H2O的分压分

别为0.22kPa、pkPa、0.22kPa、0即kPa,反应ii的描尸喀瞥竺瞥=0.8。

u.NpKFaxpKFa

(3)反应CO2(g)+H2(g)=HCOOH(g)的化学平衡常数表达式仁-鬻暇；•;而丫正=左正

C(CC)2)・C(H2),V逆二左逆c(HCOOH),左正、左逆为速率常数，平衡时v正二v逆,即左正c(CC)2>c(H2)二左逆

k

c(HCOOH)恻K=*00?=J,所以左正=1.8左迷;温度为72℃时，左正=1.9左迎，则K=1.9,即平衡常

数K增大,反应正向移动，该反应为放热反应，所以T2<乃。

4.(2024•吉林白山二模)氨是重要的化工原料，也是潜在的储氢材料。回答下列问题：

(1)氨的沸点为-33.35℃,易液化，工业上常用作制冷剂,其易液化的主要原因

是。

(2)在液氨中制备B2(NH)3的反应如下：

®BC13(S)+6NH3(1)—B(NH2)3(S)+3NH4C1(S)AHI;

②2B（NH2）3（s）——B2（NH）3（s）+3NH3⑴AH2;

③2BCh（s）+9NH3⑴——B2（NH）3（s）+6NH4cl（s）AH3。

上述反应中,AHi、Mh、△出之间等式关系为

（3）氨分解制备氢气,反应历程如图所示。

17■2

1200-

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7)H

01000-HE

日83

+・+

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*00-1z51■8T

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45・

z

反应历程

①N2（g）的键能为kJ-mol-1-

②写出NH3分解总反应的热化学方程式:。

（4）化学上，把反应物消耗一半所用时间叫作“半衰期”。在恒容密闭容器中充入适量鸨和0.8mol

NH3,实验测得在鸨表面氨气分解反应半衰期与温度（7）、起始压强⑦）的关系如图所示。

营

、

臻

*

部

100

起始压强/kPa

T1（填“或"="）T2。T2温度下，反应进行到/min时容器内反应体系总压强为

kPa。

（5）一定温度下，向1L恒容密闭容器中充入1molN2和〃molH2合成氨气。NH3的平衡体积分

数与投料比机〃粤界］关系如图所示。

九52）

%/

基

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W

嘛

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怅

W

题

中

①在a、b、c点中,N?的平衡转化率最大的是（填字母）。

②若b点对应体系中,NH3体积分数为则该温度下，平衡常数K为L'mo产(只

列计算式)。

客需(1)N的电负性较大,NH3分子间形成氢键

(2)AH3=2AHI+AH2

(3)①946②2NH3(g)=N2(g)+3H2(g)AH=+90kJ-mol-1

n42

(4)<150(5)@c②3

0.8X2.43

解桐⑵由盖斯定律可知③=2义①+②，故AH3=2AHI+AH2O

(3)①2N(g)——N2(g)AH=-(518-45)x2kJ-mol-^-946klmol」,故N2的键能为946kJmoF。

②从图像看出,NH3(g)相对能量为0或N2(g)+狎2(g)的相对能量为45kJ-mol",故2NH3(g)0

1

N2(g)+3H2(g)AH=+90kJ-mol。

(4)起始投入反应物的量相等,Ti温度下半衰期大于T2,说明TI<T2；在恒温恒容条件下，气体压强

之比=物质的量之比，对于恒温恒容密闭容器，气体总物质的量与压强成正比。初始NH3为0.8

mol,反应0.4mol时气体总物质的量为1.2mol,对应的压强为p,有0.8mol：1.2mol=100kPa:

p,解得p=150kPa。

(5)①投料比越大,N2平衡转化率越大，故c点转化率最大；

②按化学计量数投料时氮平衡体积分数最大，故b点时〃=3,设氮气转化量为xmol,则

+

N2(g)3H2(g)-2NH3(g)

起始量/mol130

变化量/molX3x2x

平衡量/mol1-x3-3x2x

急=今解得x=02则平衡时体系中氮气、氢气、氨气的浓度分别为0.8moL!/i、2.4mol-L-\

0.4moLL",故K=L2-mol-2o

0.8X2.43

5.(2023・湖北卷节选)纳米碗CMHIO是一种奇特的碗状共轲体系。高温条件下,C40H10可以由

C40H20分子经过连续5步氢抽提和闭环脱氢反应生成。

H-

C40H20(g)—C40Hl8(g)+H2(g)的反应机理和能量变化如下:

C40H20C40Hl9

HH

C40H19

过渡态3

7150.8

0

过渡态2

日

110.3

•过渡态1CH+H-+H

工40182

)70.9

、

脚/\20.7:

温\9.5!

0.0/C40H19+H2

C40H19+H2

C40H20+H,

反应历程

回答下列问题:

(1)图示历程包含个基元反应,其中速率最慢的是第个。

(2)C40H10纳米碗中五元环和六元环结构的数目分别为、O

(3)1200K时，假定体系内只有反应C40Hl2(g)0c4oHio(g)+H2(g)发生反应过程中压强恒定为

po(即C40Hl2的初始压强)，平衡转化率为a,该反应的平衡常数Kp为(用平衡分压代替

平衡浓度计算，分压=总压x物质的量分数)。

(4)C4oHi9(g)—C40Hl8(g)+H.(g)及C40Hli(g)-C4oHio(g)+H.(g)反应的lnK(K为平衡常数)随温

度倒数的关系如图所示。已知本实验条件下,InK=-解+c(R为理想气体常数,c为截距)。图中两

K1

条线几乎平行，从结构的角度分析其原因是O

(5)下列措施既能提高反应物的平衡转化率,又能增大生成C40H10的反应速率的是(填字

母)。

a.升高温度

b.增大压强

c.加入催化剂

a2Po

答案:(1)33(2)610

⑶(l+a)-(l-a)

(4)两个反应的化学键变化相似，使得AH数值相近,lnK的斜率取决于所以两条线几乎平行

(5)a

画3(1)基元反应是指在反应中一步直接转化为产物的反应,从图上看包含3个基元反应，其中

第3步活化能最大，故该步反应速率最慢。

(2)C40H20中有10个六元环、1个五元环。从C40H2040Hl8,形成一个五元环，从C40H20*

C40H10需经过连续5步氢抽提和闭环脱氢反应，故新形成5个五元环。故C40H10中有6个五元

环、10个六元环。

(3)起始C40Hl2为整体1,平衡转化率为a,则：

C40Hl2(g)C4oHio(g)+H2(g)

起始：100

转化：aaa

平衡：1-aaa

平衡时,C40Hl2、C40H10、H2的分压分别为百~0、

J(C4oHlo)-p(H2)=击oP,*Po=a2Po

"一P(C40Hl2)一至Po-(l+a).(l-a)°

(4)因两个反应的化学键变化相似，使得AH数值相近,lnK的斜率取决于所以两条线几乎平

行。

(5)该反应是吸热反应，升高温度既可以增大反应速率，又能提高平衡转化率,a符合题意;该反应

是气体分子数增大的反应，增大压强可以增大反应速率,而平衡转化率减小,b错误;加入催化剂

可以增大反应速率，但不影响平衡转化率,c错误。

6.(2024.辽宁沈阳一模)2023杭州亚运会火炬塔燃料首次使用新型燃料——绿色零增碳甲醇，用

实际行动向世界展示了我国对碳中和的决心和成果，具体流程如图。

券光伏

回答下列问题：

(1)整个过程只消耗太阳能。H2O和CO2仅充当能量的媒介且可实现完美循环，这是典型的人工

光合过程,则过程H2O+CO2-CH3OH+O2为(填“吸热”或“放热”)反应。

(2)CO2催化加氢制备甲醇，反应如下：

主反应:CO2(g)+3H2(g)=CH30H(g)+H20(g)AHi

副反应:CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g)AH2=+41.2kJ-mol-1

下表中数据是该反应中相关物质的标准摩尔生成熔(Af/^)(标准摩尔生成焰是指在298.15K、

100kPa由稳定态单质生成1mol化合物时的熔变)。则AHi=kJ-moF'o

物质

H2(g)CO2(g)H2O(g)CH30H(g)

AfH^/CkJ-mol-1)0-394-242-201

(3)探究影响CH30H合成反应化学平衡的因素，有利于提高CH30H的产率。CO2的平衡转化率

X和CH30H的选择性S随温度、压强变化如图。

s更

ff靴l80

烟70

窗60

S50

40

3替30

20

理10

婀

讲200250300350400

温度/℃

CH30H的选择性JCH吸&io。％,则下列说法正确的是(填字母)。

兀消耗(孙)---------

A./?l>P2

B.恒温密闭体系中，加压时副反应平衡不移动

C.300~350℃曲线变化的原因可能是此时以发生副反应为主

D.加入选择性更好的催化剂，可以提高甲醇的平衡产率

E.300C时，当体系中混合气体的平均摩尔质量不再改变，则该体系达到平衡状态

(4)在T℃下,恒压反应器中，按初始投料”(CO2)"(H2)=l：1发生反应:CO2(g)+3H2(g)=

CH30H(g)+H2O(g),初始总压为2MPa,反应平衡后,七的平衡转化率为60%,则该反应的平衡常

数&=(MPa》、用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压x物质的量分数)。

⑸一种基于铜基金属簇催化剂电催化还原CO2制备甲醇的装置如图所示。控制其他条件相同,

将一定量的CO2通入该电催化装置中，阴极所得产物及其物质的量与电压的关系如图所示。