2025年高考化学复习大题突破训练：化学反应原理综合题（分类过关）（解析版）

大题03化学反应原理综合题

’标遁.

［类型一热化学与电化学

1类型二热化学与化学平衡

；类型三化学平衡与电解质溶液

I类型四电化学与电解质溶液

1类型五电化学与化学平衡

1.(24-25高三上•上海•期中)通过电化学、热化学等方法，将C0：转化为HCOOH等化学品，是实现"双碳"

目标的途径之一，完成下列小题：

(1)某研究小组采用电化学方法将C0：转化为HCOOH,装置如下图。电极B上的电极反应式是o

该研究小组改用热化学方法，相关热化学方程式如下：

I：C|s|+O.(g|=CO.(g|=-393.5kJ-mol-1

1

II：C|s)+H,(g)+O2(g)=HCOOH(g)Aff.=-378.'kJ-mor

HI：COJgj+Hjg)^HCOOH|g)AH,

(2)计算：\H；kJ-mol-1o

A.+14.8B.-14.8C.-772.2D.+772.2

(3)反应III在恒温恒容的密闭容器中进行，CO：和H：的投料浓度均为：LOmobL1平衡常数K=2,4x10

下列能判断该反应达到平衡的标志是=

A.CO：和H：的浓度相等B.c；HCOOHI=10'mol-L-1

C.容器中混合气体密度保持不变D.容器中混合气体的压强保持不变

1/49

(4)用氨水吸收HCOOH,得到LOOmoir氨水和0.18mohLT甲酸镂的混合溶液，298K时该混合溶液的

PH。(写出计算过程)

[已知：298K时，电离常数KJNH/Hqi=1.8x107、^.(HCOOH)=1.8x104]

【答案】⑴CO,+2e+2H=HCOOH(2)A(3)D(4)10

【解析】1.由图，为电解池装置，B极上二氧化碳得到电子发生还原反应生成甲酸，反应为：

CO,+2e+2H-HCOOH；

(2)由盖斯定律，反应n-I得COjg}+H/g)=HCOOH(g)

AH,=(-378.7U/moi)-(-393.5kJ/mol)=+14.8kJ/mol,故选A；

(3)A.CO：和H?的投料比等于反应中系数比，其浓度一直相等，不能说明正逆反应相等，不能说明反应

平衡，A错误；

B.由三段式：

CO;(g)+H,(g)^HCOOH(g)

起始(mol/L)II0

转化(mol/L)10*10*10*

平衡(mol/L)1-10*1-10"10*

S10h*^=2-4x,°')则没有达到平衡状态'B错误；

C.容器体积和气体质量始终不变，则混合气体的密度始终不变，因此不能说明反应已达平衡，C错误；

D.反应为气体分子数改变的反应，当压强不变，说明平衡不再移动，达到平衡状态，D正确；

故选Do

(4)甲酸铉为盐，完全电离出甲酸根离子和钱根离子，)=0.18tnol/L,氨水为弱碱，一水合氨浓度

C(NH4

CNHHK

,c(NH4)c(0H),/nu\IJ2°)»==_1IN-.

近似L00mol/L,根据K,=-^————则c(°H=/----|x°4mol/L,p0H=4

018

*c(NH,H:O)c|NH/

pH=10o

2.Q024•黑龙江哈尔滨•模拟预测)CO：不仅是一种温室气体，也是一种来源广泛且廉价易得的碳资源，可

通过热化学、电化学等方法再利用。

(I)科学家通过如下反应利用co：合成甲醇：CO2(g)+3H2(g)CH,OH(g)+H,O(g)

2/49

已知：HJg)+-°2(g)=A//,=-245kJmor'

CHJOH(g)+1o,(g)=CO,(g)+2H,O(g)A//,=-681kJmor'

回答下列问题：

⑴计算上述合成甲醇反应的焰变=klmol'c

(2)科学研究中常用产物的时空收率(单位物质的量催化剂表面产物分子的平均生成速率)来衡量催化效果，在

3MPa,”(。0/:川&)=1:2时，不同Ni、Ga配比的\rGa§0催化剂下，测定甲醇时空收率随温度的变

化曲线如图所示，甲醇时空收率随温度变化先增大后减小的原因是___________o催化剂的最佳配比和反应

(3)将等量CO：和H：充入恒温恒容密闭容器中反应合成甲醇，已知该温度下反应的化学平衡常数A'=0.01,

下列事实说明该反应已达平衡的是o

A.气体密度保持不变

B.H?Q(g)与CCMg)的生成速率相等

C.某时刻容器中，(COJ=O.SmolL',c(HJ=0.5molL'^(CHjOH)=c(H,O)=O.lmol-L'

D.混合气体的平均相对分子质量不变

(n)甲烷干重整反应可以将两类重要的温室气体和cH4进行重整，涉及主要反应如下：

反应I：CO：(g)+CH,(g)『=i2CO(g)+2H；；(g)=+247kJ-mor'

反应II：CO,(g)+H,(g)CO(gyt-H,0(g)AH=+41kJ/mol

⑷恒温恒容2L密闭容器中，®CO,|=n|CHJ=w(Ar)=初始总压3MPa,达到平衡状态时测

得CO：转化率为60%,平衡总压为3.8MPa。计算该温度下反应I的浓度平衡常数K

:

mol''Lo

(5)某研究小组为了评估甲烷干重整反应中不同催化剂的性能差异，在常压、催化剂作用下，按

川COJ川CH/=1:1投料，不同温度下反应相同时间，测得CH.的转化率(柱形图)和产物”(H,”(CO)

3/49

(—)如图所示。请分析产物川H/"(CO)随温度变化的原因(不考虑催化剂失活).

A

H

y

A

c

o

)

温度/℃

【答案】⑴-54

(2)温度越高反应速率越快，故随温度升高，反应速率加快，Ni5G»1ANiGa催化下甲醇时空收率曲线

上升；催化剂需要一定的活性催化温度，温度过高，催化剂活性下降，甲醇时空收率下降催化剂

Ni,Ga,、温度为210℃左右

(3)BD

(4)0.375

(5)温度升高，反应I的正向进行程度大于反应H,且高温阶段以反应I为主，所以随着温度升高，

«(HJ/”(CO)逐渐增加并趋近于1

【解析】(1)已知H式g)+；O式g)=&O(g)AM=-245kJ-mo『；

1

CH}OH(g)+|o,(g)=CO,(g)+2H,O(g)AW,=-681kJmol,由盖斯定律可知，由3①-②可得

C0,(g)+3H:(g)CH,OH(g)+H,O(g)AH=3x(-245kJmor')-(-68IUmorjs^kJmor'；

(2)温度越高反应速率越快，故随温度升高，反应速率加快，Ni5Ga3,NiGa催化下甲醇时空收率曲线上升;

催化剂需要一定的活性催化温度，温度过高，催化剂活性下降，甲醇时空收率下降；由图示可知，反应最

佳条件为催化剂的最佳配比5:3、使用催化剂在210℃左右下进行反应，该条件下甲醇时空收率最高；

(3)A.容器体积和气体总质量始终不变，则混合气体的密度始终不变，因此气体密度保持不变不能说明

反应已达平衡，A错误；B.反应速率比等于系数比，H?O(g)与CO式g)的生成速率相等，则说明正逆反应

速率相等，反应达到平衡，B正确；C.某时刻容器中某时刻容器中

c(CO:)=0.8molL',c(HJ=0.5molL',<?|CHJOH)=c(H,O)=0.1molL则()=°•口叫=0.1>K=0.01,

U.ox0.5

反应未平衡，C错误；D.气体总质量不变，但是气体的总物质的量随反应进行而改变，所以混合气体的平

均相对分子质量会发生改变，当混合气体的平均相对分子质量不变时，反应达到平衡，D正确；

4/49

(4)恒温恒容2L密闭容器中，按"(COj="(CH,)="(Ar)=lmol投料，初始总压3MPa,达到平衡状态时

测得CO：转化率为60%,平衡总压为3.8MPa,由三段式

CO,(g)+CH4(g)「—2CO(g)+2H,(g)

起始/mol1100

变化/molXX2x2x

平衡/mol1-x1-x2x2x

CO2(g)+H,(g)T—士CO(g)+H,O(g)

起始/mol1-x2x2x

得——：100%=60%,

变化/molyyyy1

平衡/moll-x-y2x-y2x+yy

(1+1-x-y+1-x+2x-y+2x+V-v)mol3.8MPa、0.4mol..,,,

------1--------i-----——=-----------，解x=0.4,y=0.2,则c(COJ=-------=0.2mol/L、

3mol3MPa'2L

c(CH.)=0-6mt)1=0.3mol/L,c(CO)==0.5mol/L>c(H0,6mo1=0.3mol/L,反应I的浓度平衡

2L2L*2L

也跖”(0.3mol/L)1x(O.Smol/L):„,,,,

常数K,=------------------------=0.375(mol/L)*

0.3mol/Lx0.2mol/L

(5)由图知，温度升高，反应I的正向进行程度大于反应II,且高温阶段以反应I为主，所以随着温度升

高，"|HJ/"(CO)逐渐增加并趋近于1,

3.(2024•浙江•高考真题)通过电化学、热化学等方法，将C0：转化为HCOOH等化学品，是实现“双碳"目

标的途径之一。请回答：

(1)某研究小组采用电化学方法将C0：转化为HC00H,装置如图。电极B上的电极反应式是。

(2)该研究小组改用热化学方法，相关热化学方程式如下:

：C(s)+O2(g)=CO,(g)AH,=-393.5kJmol'

II：C(s)+H,(g)+O,(g)-HCOOH(g)AH;=-378,7kJmol'

III：CO,(g)+H,(g)^=±HCOOH(g)AH,

①H-kJ-mol'°

5/49

②反应III在恒温、恒容的密闭容器中进行，CO：和的投料浓度均为LQmol”,平衡常数K-2.4x10',

则C0：的平衡转化率为。

③用氨水吸收HCOOH,得到LQOmoLL氨水和0」Xmol-L'甲酸镂的混合溶液，298K时该混合溶液的

pH-o[已知:298K时，电离常数K/NHjHq『iaiO'、K.(HCOOH>1.8xl04]

⑶为提高效率，该研究小组参考文献优化热化学方法，在如图密闭装置中充分搅拌催化剂M的DMSO(有

机溶剂)溶液，CO1和II2在溶液中反应制备HCOOH,反应过程中保持CO?(g)和H⑶的压强不变，总反应

CO：+H：=THCOOH的反应速率为v,反应机理如下列三个基元反应，各反应的活化能ET-1(不考

虑催化剂活性降低或丧失)。

IV：M+CO,———QE।

V：Q+H?=iLE,

①催化剂M足量条件下，下列说法正确的是。

A.v与CO式g)的压强无关B.v与溶液中溶解的浓度无关

C.温度升高，v不一定增大D.在溶液中加入N(CH£H],可提高CO：转化率

②实验测得：298K,p(CO/-p|H」-2MPa下，v随催化剂M浓度c变化如图。c47时，v随c增大而

增大：c>c,时，v不再显著增大。请解释原因o

6/49

0c()c/mol'L'

【答案】(l)CO2+2e+2H'=HCOOH

(2)+14.82.4x10-810.00

（3）CD当cVco时，v随c增大而增大，因M是基元反应IV的反应物（直接影响基元反应VI中反应

物L的生成）；0co时，v不再显著增加，因受限于C02（g）和d（g）在溶液中的溶解速度（或浓度）

【解析】（1）①电极B是阴极，则电极反应式是CO2+2e+2H=HCOOH；

(2)①AH3=A”2-A”/=-378.7kJ/mol+393.5kJ/mol=+14.8kJ/mol；

②根据三段式，设转化的C02为x,则:

CO2(g)+H:(g)HCOOH(g)

起始

(mol/L)0'则K•后——则转化率

转化(mol/L)XX

平衡(mol/L)1-X

2.4x10^-r

-------x|00%=2.4x10"(l；

③用氨水吸收HCOOH,得到1.00mol七1氨水和0.18mol•一甲酸镂的混合溶液，得出aNH4）=0.18mol/L,根

c(NH.H：O)・a1x1.8x10,

据代喘爵’明。"=104molL,pOH-4，pH=14-4=10;

c(NH；)0.18

（3）①A.v与C02（g）的压强有关，压强越大，溶液中CO2的浓度越大，v越大，A错误;

B.V与溶液中溶解出的浓度有关，氢气浓度越大，速率越快，B错误;

C.温度升高，v不一定增大，反应IV和V是快反应，而VI是慢反应（决速步骤），W和V可以快速建立平衡

状态，随着温度升高气体在溶液中溶解度减小，气体浓度减小、L的浓度减小，若L的浓度减小对反应速率

的影响大于温度升高对总反应速率的影响，则总反应速率减小，故总反应的速率不一定增大，C错误;

D.在溶液中加入的N（CH2cH3）3会与HCOOH反应，使得三个平衡正向移动，可提高CCh转化率，D正确;

故选CDo

②各反应的活化能E,<E/<E,，反应IV为绝速步骤，但L的浓度取决于反应V和VI,所以速率与催化剂M

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的浓度和反应物C02、H2的浓度有关。当C4C0时，催化剂M的活性位点数量不够，速率取决于催化剂M的

浓度，即v随c增大而增大，因M是基元反应IV的反应物(直接影响基元反应VI中反应物L的生成)；c

>c。时，催化剂M的活性位点数量足够，速率取决于反应物C02和出的浓度，即v不再显著增加，因受限于

C02(g)和H2(g)在溶液中的溶解速度(或浓度)。

4.(2024•浙江•二模)C0：不仅是一种温室气体，也是一种来源广泛且廉价易得的碳资源，可通过热化学、

电化学等方法再利用。其中甲烷干重整反应可以将两类重要的温室气体C0：和CH.进行重整，涉及主要反

应如下：

1

反应I：COdsrCHjti#2C0isir2H=+24?kJmol

反应II：C0.1gH:i：g'COig)-H.O(gU//=*4lkJmol

(1)若恒温、恒压的密闭容器中只发生反应I,下列能说明反应已达到化学平衡状态的是。

A.容器内气体密度不再发生变化

B.C0：和CO的物质的量之和不变

C.化学反应速率r/CH,1=

D.断裂4moicH键的同时生成2moiH-H键

(2)恒温刚性密闭容器中，按"(COJ=川CH"=〃(Ar|=lmol投料，初始总压3MPa,达到平衡状态时测得

(。和CH,转化率分别为60%、40%o计算该温度下反应I的压强平衡常数£,=(用各物质的

分压代替物质的量浓度计算，分压=总压x物质的量分数)。

⑶某研究小组为了评估甲烷干重整反应中不同催化剂的性能差异，在常压、催化剂作用下，按

川投料，不同温度下反应相同时间，测得CH,的转化率(柱形图)和产物

«(H2)/n(CO)(•)如图所示。请分析产物。H</"(CO)随温度变化的原因(不考虑催化剂失

活)O

8/49

0o匚INi型口Ni-Ir复合型■k型

-

8o68

%-

N

、-

榔(

H

36o-662

-)

歆X

-C

H=4o64O

o-)

-

2o

-62

o0

600650700750800

温度/°C

⑷该研究小组发现长时间反应后催化剂活性下降，主要存在以下积碳副反应：(a)

CH4(g)=C(s)+2H;(g)AWa=+75kJmor';

(b)2CO(g)=C(s)+CO2(g)A//b=-172kJ-mol'o因此该小组借助X射线衍射(如图)定性评估催化剂的

积碳情况。已知积碳会在28=26。出现衍射峰，下列说法正确的是

A.碳附着在催化剂表面，使得活性位点与反应物之间的接触受阻，所以催化活性受到抑制

B.一般甲烷干重整的反应温度都很高，因此副反应a很可能是实际过程中产生积碳的主要原因

C.对比三种催化剂的X射线衍射结果可发现lr型催化剂没有明显积碳，能在甲烷干重整过程中保持高稳定

性

D.该小组进一步评估新型金属复合催化剂(H型和M型)的积碳情况，将反应后的催化剂加热至恒重后，

发现H型和M型催化剂的重量损失分别为16.7%和10.2%,这表明H型催化剂能在甲烷干重整过程中保持

更高的稳定性

⑸该研究小组查阅资料发现还可利用电解还原CO：,电解过程中常需要调控溶液pH以实现有效转化。现有

l.OL"molLCH,COOH溶液，在298K下加入醋酸钾固体将c|田)调至6Jx1Q'mol-L,忽略溶液体积变

化，所加醋酸钾固体的质量为go[已知：298K时，KJCH^OOHI-1.8x10']

9/49

【答案】⑴AB

(2)1.5

⑶温度升高，反应I的正向进行程度大于反应H,且高温阶段以反应I为主，所以随着温度升高，

/”(C0)逐渐增加并趋近于1

(4)ABC

(5)5.6

【解析】(1)A.恒温、恒压的密闭容器中只发生反应I,根据质量守恒，混合气体的质量始终不变，而容

器体积为变量，则气体的密度为变量，密度不变，说明反应达到平衡状态，故A正确；

B.反应物中还有甲烷，根据质量守恒守恒，CO,和CO的物质的量之和为变量，其之和不变，则反应达到

平衡，故B正确；

C.反应速率比等于系数比，化学反应速率.(CH则正逆反应速率不相等，反应没有达到平

衡状态，故C错误；

D.断裂4moic-H键的同时生成2moiH-H键，描述的都是正反应，不能说明反应达到平衡状态，故D错

误；

故选AB；

(2)恒温刚性密闭容器中，按CH=lmol投料，初始总压3MPa,达到平衡状态时测

得CO：和CH，转化率分别为60%、40%,则反应0.6mol二氧化碳、0.4mol甲烷；

CO2(g)+CH4(g)^=i2CO(g)+2H,(g)

起始(mol)1100

转化(mol)0.40.40.80.8

平衡(mol)

CO,(g)+H式g)=^CO(g)+H,O(g)

起始(mol)

转化(mol)0.604=0.20.20.20.2

平衡(mol)

二氧化碳、甲烷、CO、氢气、水、氨气分另IJ为0.4mol、0.6moK0.8+0.2=1mol、0.8-0.2=0.6mol、0.2moklmol,

总的物质的量为3.8mol,则此时压强为3MPax空粤=3.8MPa,则二氧化碳、甲烷、CO、氢气分压分别为

3mol

0.4MPa>0.6MPa>lMPa>0.6MPa,该温度下反应|的压强平衡常数K产"’.5VPa：；

0.6x0,4

(3)反应I中生成氢气和CO的物质的量比为1:1,而反应n消耗氢气生成CO,随着温度升高，反应I的

10/49

正向进行程度大于反应n,且高温阶段以反应I为主，所以随着温度升高，〃(%)/川(:0)逐渐增加并趋近

于1；

(4)A.生成的积碳附着在催化剂表面，使得活性位点与反应物之间的接触受阻，所以催化活性受到抑制，

A正确；

B.副反应a为吸热反应、而b为放热反应，一般甲烷干重整的反应温度都很高，高温利于a反应正向进行,

因此副反应a很可能是实际过程中产生积碳的主要原因，B正确；

C.X射线衍射结果可发现lr型催化剂在28=26。出没有出现衍射峰，则说明lr型催化剂没有明显积碳，能

在甲烷干重整过程中保持高稳定性，C正确；

D.反应后的催化剂加热至恒重后，H型和M型催化剂的重量损失分别为16.7%和10.2%,则H型催化剂出

现的积碳更多，表明H型催化剂在甲烷干重整过程中不如M型能保持更高的稳定性，D错误；

故选ABC；

c(CH,COO)c(HjclCH,COO)6.3xl05

(5)KJCH,COOH|=--------------=-----;--------------=1.8x10

c(CH,COOH)

cfCH.COOI-0-x1.8x10mol/L-0.057moUL,则所加醋酸钾固体的质量为0.057mol/Lxl.0Lx98g/mol=5.6g。

6,3x10

类型二热化学与化学平衡

5.(24-25高三上•四川成都•期中)甲烷的催化重整是制备氢气的重要方法，可提高资源综合利用效率。

I.甲烷一水催化重整

反应a：CHJg)+H;O|g)=CO(g)+3H,|gjAH

反应b：CO|g|+H;O|g|=CO:(g)+H2(g)AH2=^1.2kJmor'

(1)研究表明，反应b在Fe3C>4催化下进行，反应分两步进行如下：

1

第一步:Fe3O4(s)+4CO(g)=3Fe(s)+4CO,(g)AHj—MkJ-mol

第二步：3Fe(s)+4H2O(g)=Fe3O4(s)+4H2(g)△乂=。

(2)气体分子可与金属表面之间形成共价键，据此可利用铜-锌氧化物选择性催化氧化除去也中少量CO,机

理如下图所示。

11/49

3

)

oO

m

^

m

Q

o

□空位

—:

载体

催化剂

。

因是

的原

可能

。2,

而非

CO

吸附

优先

附位

属吸

①金

c

式是

结构

子的

物分

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CO

除去

，则

反应

参加

替5

1802代

果用

②如

整

催化重

氧化碳

烷一二

II.甲

AH

O(g)

g)+2C

^2H,(

,(g)

)+CO

H|g

：C

反应c

发生

可以

用下

剂作

催化

碳在

氧化

和二

甲烷

4

物质

烷的