2021屆高考化學(xué)專題模擬試題：化學(xué)反應(yīng)原理(解析版)

化學(xué)反應(yīng)原理

1.催化還原C02是解決溫室效應(yīng)及能源問題的重要手段之一。研究表明，在

Cu/ZnO催化劑存在下，CO?和慶可發(fā)生兩個平行反應(yīng)，分別生成CAOH和CO。反

應(yīng)的熱化學(xué)方程式如下：

1

CO2(g)+3H2(g)—CH3OH(g)+H20(g)A直=一53.7kJ?mol_I

C02(g)+H2(g)—C0(g)+H20(g)II

某實驗室控制CO2和上初始投料比為1：2.2,在相同壓強下，經(jīng)過相同反應(yīng)

時間測得如下實驗數(shù)據(jù)：

CO?轉(zhuǎn)化率甲酸選雌

T(K)催化劑

(%)J%)

54312.342.3

54310.972.7

55315.339.1

553|

Cat.212.071.6

(備注)Cat.1：Cu/ZnO納米棒;Cat.2：Cu/ZnO納米片；甲醇選擇性：轉(zhuǎn)化

的CO2中生成甲醇的百分比

已知：①CO和慶的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱分別為-283.OkJ?moV和-285.8kJ?moK1

-1

(2)H20(l)=H20(g)A/=44.OkJ?mol

請回答(不考慮溫度對A〃的影響)：

(1)反應(yīng)I的平衡常數(shù)表達(dá)式的

(2)有利于提高C02轉(zhuǎn)化為CH3OH平衡轉(zhuǎn)化率的措施有—o

1

A.使用催化劑Cat.1B.使用催化劑Cat.2

C.降低反應(yīng)溫度D.投料比不變，增加反應(yīng)物的濃度

E.增大CO?和&的初始投料比

(3)表中實驗數(shù)據(jù)表明，在相同溫度下不同的催化劑對CO2轉(zhuǎn)化成CH3OH的選

擇性有顯著的影響，其原因是

(4)在圖中分別畫出反應(yīng)I在無催化劑、有Cat.1和有Cat.2三種情況下“反

應(yīng)過程?能量”示意圉―o

反應(yīng)過程

C(CH3OH)C(H2O)

【答案】(1)3(2)CD

C(CO2).C(H2)

(3)表中數(shù)據(jù)表明此時反應(yīng)未達(dá)到平衡,不同的催化劑對反應(yīng)I的催化能力

不同，因而在該時刻下對甲醇選擇性有影響

【解析】(1)平衡常數(shù)是生成物的濃度嘉之積與反應(yīng)物的濃度嘉之積的比值,

C?

反應(yīng)I為：C02(g)+3H2(g)=CH30H(g)+HzO(g)其平衡常數(shù)：K=⑼,

5CO2)-(H2)

c,

故答案為：詈號產(chǎn)。(2)A項，使用催化劑，只改變反應(yīng)速率，平衡不移動,

u

(co2)-(H2)

2

不能提高轉(zhuǎn)化率，A錯誤；B項，使用催化劑，只改變反應(yīng)速率，平衡不移動，

不能提高轉(zhuǎn)化率，B錯誤；C項，反應(yīng)I為放熱反應(yīng)，降低溫度，平衡正向移動，

提高CO2的轉(zhuǎn)化率，C正確；D項，投料比不變，增加反應(yīng)濃度，平衡正向移動,

提高CO2的轉(zhuǎn)化率，D正確；E項，增大二氧化碳和氫氣的初始投料比，能提高氫

氣的轉(zhuǎn)化率，二氧化碳的會降低，E錯誤；故答案為CD。（3）從表格數(shù)據(jù)分析，

在相同的溫度下，不同的催化劑，相同的反應(yīng)時間內(nèi)，其二氧化碳的轉(zhuǎn)化率也不

同，說明不同的催化劑的催化能力不同；相同催化劑不同的溫度，二氧化碳的轉(zhuǎn)

化率不同，且溫度高的轉(zhuǎn)化率大，因為正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，說明表中數(shù)據(jù)是未到

平衡數(shù)據(jù)，故答案為：表中數(shù)據(jù)表明此時反應(yīng)未達(dá)到平衡，不同的催化劑對反應(yīng)

I的催化能力不同，因而在該時刻下對甲醇選擇性有影響。（4）從表中數(shù)據(jù)分析，

在催化劑Cat.2的作用下，甲醇的選擇性更大，說明催化劑Cat.2對反應(yīng)I的催

化效果更好，催化劑能降低反應(yīng)的活化能，說明使用催化劑Cat.2的反應(yīng)過程中

?「乏催化1N

活化能更低，故答案為：幺/1O

反由過我

2.十八大以來，各地重視“藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)”戰(zhàn)略。作為煤炭使用大國，我國

每年煤炭燃燒釋放出的大量SO?嚴(yán)重破壞生態(tài)環(huán)境?，F(xiàn)階段主流煤炭脫硫技術(shù)通

常采用石灰石-石膏法將硫元素以CaS（h的形式固定，從而降低SO2的排放。但是

煤炭燃燒過程中產(chǎn)生的CO又會與CaSO,發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，降低脫硫效率。相關(guān)反應(yīng)

的熱化學(xué)方程式如下：

反應(yīng)I：CaS04(s)+C0(g)—CaO(s)+S02(g)+C02(g)活化能Ea1，A

3

Hi=218.4kJ?moF1

反應(yīng)U：CaS04(s)+4C0(g)—CaS(s)+4C02(g)活化能Ea?,AH2=

-175.6kJ?mol-1

請回答下列問題：

(1)反應(yīng)CaO(s)+3C0(g)+S02(g)-CaS(s)+3CO2(g)；AH=kJ*

mol-1；該反應(yīng)在(填“高溫”''低溫”"任意溫度”)可自發(fā)進行。

(2)恒溫密閉容器中，加入足量CaS(X和一定物質(zhì)的量的CO氣體，此時壓強

為p。。tmin中時反應(yīng)達(dá)到平衡，此時CO和CO2體積分?jǐn)?shù)相等，CO?是SO?體積分

數(shù)的2倍，則反應(yīng)I的平衡常數(shù)&=(對于氣相反應(yīng)，用某組分B的平

衡壓強p(B)代替物質(zhì)的量濃度c(B)也可表示平衡常數(shù),記作KP,如p(B)=p喋(B),

P為平衡總壓強，x(B)為平衡系統(tǒng)中B的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。

(3)圖1為1000K時，在恒容密閉容器中同時發(fā)生反應(yīng)I和II,c(SO2)隨時

間的變化圖像。請分析圖1曲線中c(SOD在。?t2區(qū)間變化的原因

(4)圖2為實驗在恒容密閉容器中，測得不同溫度下，反應(yīng)體系中初始濃度

4

比與SO2體積分?jǐn)?shù)的關(guān)系曲線。下列有關(guān)敘述正確的是

A.當(dāng)氣體的平均密度不再變化，反應(yīng)I和反應(yīng)n同時達(dá)到平衡狀態(tài)

B.提高CaS04的用量，可使反應(yīng)I正向進行，SO2體積分?jǐn)?shù)增大

C.其他條件不變，升高溫度，有利于反應(yīng)I正向進行，SO2體積分?jǐn)?shù)增大,

不利于脫硫

D.向混合氣體中通入氧氣(不考慮與SO?反應(yīng))，可有效降低SO?體積分?jǐn)?shù),

提高脫硫效率

(5)圖1中，t2時刻將容器體積減小至原來的一半，t3時達(dá)到新的平衡，請

在圖1中畫出t2-13區(qū)間C(S02)的變化曲線o

【答案】(D-394.0kJ?molT低溫

(2)0.25p0⑶反應(yīng)I的活化能Eai較小，反應(yīng)速率I比H大，0?如階

段c(S02)增大，3后反應(yīng)H為主，c(C0)減小，使反應(yīng)I逆向進行，故c(SO2)減

小，t2時反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)

(4)ACD

圖1

5

【解析】(1)反應(yīng)I：CaS04(s)+C0(g)CaO(s)+S02(g)+C02(g)A

4=218.4kJ?mol-1

-1

反應(yīng)H：CaS04(s)+4C0(g)—CaS(s)+4C02(g)-175.6kJ?mol

根據(jù)蓋斯定律反應(yīng)II-反應(yīng)I得：CaO(s)+3C0(g)+S02(g)-CaS(s)+3C02(g),

所以,AAA^=-175.6kJ?mol-1-218.4kJ?mol^-394.OkJ?mol^o該反

應(yīng)為氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，AS<0,△織0,當(dāng)△牙TASV0時，反應(yīng)能自發(fā)

進行，則T較小的時候反應(yīng)能自發(fā)進行，即該反應(yīng)在低溫時能自發(fā)進；(2)設(shè)參

加反應(yīng)I的CO起始的物質(zhì)的量為a,平衡時，C0和CO2體積分?jǐn)?shù)相等，CO?的體

積分?jǐn)?shù)是SO2體積分?jǐn)?shù)的2倍，故設(shè)平衡時，SO2的物質(zhì)的量為xmol,CO和CO2

的物質(zhì)的量為2x,則對于反應(yīng)I有：

CaSOjs)-COigiCaO⑸+SOi：g|-CO|g|

起始mola00

理七molxxx

平衡mola-xxx

則反應(yīng)n生成的CO2的物質(zhì)的量為(2x-x)mol=xmol,生成CO的物質(zhì)的量

=[2x-(a-x)]mol=(3x-a)mol,則對于反應(yīng)II有：

CaSO4(s)*4CO(g)^=^CaS(s)*4CO2(g)

起始mol4x-a0

變化molxx

平衡mol3x-ax

結(jié)合反應(yīng)I、II可知：CO的充入量為(4x-a)+a=4x,而平衡時，氣體的總物

質(zhì)的量=2x+x+2x=5x,設(shè)平衡時體系總壓為p,則*，解得：P^P。，所以反

DXp4

6

應(yīng)I的平衡常數(shù)Kp==0.25p0；(3)因反應(yīng)I的活化能小于反應(yīng)

u的活化能，。到s反應(yīng)I速率大于反應(yīng)n,c(s()2)增大，后反應(yīng)ii為主,

c(C0)減小，使反應(yīng)I逆向進行，故c(S02)減小，t2時反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故答

案為：反應(yīng)I的活化能E&較小，反應(yīng)速率I比II大，0?匕階段c(SO2)增大，

后反應(yīng)H為主，c(C0)減小，使反應(yīng)I逆向進行，故c(S02)減小，t2時反應(yīng)達(dá)

到平衡狀態(tài)；(4)A項，反應(yīng)I、II都是反應(yīng)前后氣體質(zhì)量變化的反應(yīng)，由m=pV

可知，容器體積V恒定下，P不變，說明氣體總質(zhì)量m不變，那么容器內(nèi)每種氣

體的質(zhì)量均不變化，已達(dá)到平衡，A正確；B項，CaS(h是固體，提高CaS(X的用

量，平衡不移動，B錯誤；C項，反應(yīng)I是吸熱反應(yīng)，升高溫度，反應(yīng)I正向移

動，SO2體積分?jǐn)?shù)增大，不利于脫硫，C正確；D項，通入氧氣，C0被消耗，反應(yīng)

I逆向移動，SO2體積分?jǐn)?shù)降低，脫硫效率增大，D正確；故選ACD；(5)容器體

積減小一半瞬間，二氧化硫濃度變?yōu)?倍，同時壓強增大，平衡逆向移動，二氧

化硫濃度減小，t2?t3二氧化硫濃度比匕?t2減小的多。根據(jù)勒夏特列原理可知,

t3重新平衡時,二氧化硫濃度略比t2時刻大,據(jù)此如圖:

3.(1)煤氣化制合成氣(C0和4)

-1

已知：C(s)+H20(g)===C0(g)+H2(g)AH2=131.3kJ-mol

7

-1

C(s)+2H20(g)===C02(g)+2H2(g)AH2=90kJ?mol

則一氧化碳與水蒸氣反應(yīng)生成二氧化碳和氫氣的熱化學(xué)方程式是

(2)由合成氣制甲醇

合成氣CO和慶在一定條件下能發(fā)生反應(yīng):CO(g)+24(g)-CH30H(g)AH<0o

①在容積均為VL的甲、乙、丙、丁四個密閉容器中分別充入amolCO和2amolH2,

四個容器的反應(yīng)溫度分別為「、12、13、T’且恒定不變。在其他條件相同的情況

下，實驗測得反應(yīng)進行到tmin時上的體積分?jǐn)?shù)如圖所示，則丁3溫度下的化學(xué)平

衡常數(shù)為(用a、V表示)

②圖反映的是在T3溫度下，反應(yīng)進行tmin后甲醇的體積分?jǐn)?shù)與反應(yīng)物初始

投料比修的關(guān)系，請畫出T,溫度下的變化趨勢曲線。

③在實際工業(yè)生產(chǎn)中，為測定恒溫恒壓條件下反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)，可作

8

為判斷依據(jù)的是

A.容器內(nèi)氣體密度保持不變B.CO的體積分?jǐn)?shù)保持不變

C.氣體的平均相對分子質(zhì)量保持不變D.C(H2)=2C(CH3OH)

(3)由甲醇制烯燃

主反應(yīng)：2cH3OH=C2H4+2H2Oi；

3CH3OH-C3H6+3H2Oii

副反應(yīng)：2cH3OH1CH30cH3+H2Oiii

某實驗室控制反應(yīng)溫度為400℃,在相同的反應(yīng)體系中分別填裝等量的兩種

催化劑(Cat.1和Cat.2),以恒定的流速通入CH3OH,在相同的壓強下進行甲醇制

烯煌的對比研究，得到如下實驗數(shù)據(jù)(選擇性：轉(zhuǎn)化的甲醇中生成乙烯和丙烯的

百分比)

乙

川

烯

陽Q

I

轉(zhuǎn)

(和

化(B7(

M丙

率

<)<烯

&87(6(

的5(

6(選4(

3(

5(擇

442(

32(性ll(

/

%

S反應(yīng)時間小

由圖像可知，使用Cat.2反應(yīng)2h后甲醇的轉(zhuǎn)化率與乙烯和丙烯的選擇性均

明顯下降，可能的原因是(結(jié)合碰撞理論解釋)

1

【答案】(l)C0(g)+H20(g)=C02(g)+H2(g)AH=-41.3kJ-moK

9

(2)①539V2/27a?

+dCO)

<TH7)

(3)該條件下2h后催化劑失活，甲醇轉(zhuǎn)化率較低；Cat.2顯著降低反應(yīng)iii

的活化能，提高活化分子百分?jǐn)?shù)，相同時間內(nèi)快速生成副產(chǎn)物二甲酸，目標(biāo)產(chǎn)物

選擇性下降

【解析】⑴將第2個方程式減去第1個方程式，得到一氧化碳與水蒸氣反應(yīng)

生成二氧化碳和氫氣的熱化學(xué)方程式是CO(g)+H2O=CO2(g)+H2(g)AH=-41.3

kJ?moK1

CO(g)+2H2(g)CH：OHlg)

⑵①開始:aniol2amol0

⑵①轉(zhuǎn)化:

xmol2xmolxmol

平衡:(a-x)mol(2a-2x)molxmol

Ila

2

2a-2x11aV539V

x100%=30%,解得*=氤。1,貝"

a-x+2a-2x+xa-1132a-2x3-27a?。

『(一^)2

②該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，根據(jù)圖得出反應(yīng)在tmin時，丁2溫度慶的體積分?jǐn)?shù)最低,

T3>T4溫度高，乩的體積分?jǐn)?shù)高，說明平衡逆向移動，圖反映的是在丁3溫度下,

反應(yīng)進行tmin后甲醇的體積分?jǐn)?shù)與反應(yīng)物初始投料比喘的關(guān)系，則T,溫度甲

醇的量比丁3溫度甲醇的量小，即變化趨勢曲線。！故答案為：：

Ya”

③A項，恒溫恒壓條件，容器內(nèi)氣體密度等于氣體質(zhì)量除以容器體積，氣體質(zhì)量

10

不變，容器體積減小，密度增大，因此可作為判斷平衡的標(biāo)志，故A符合題意;

B項，開始階段CO的體積分?jǐn)?shù)不斷減小，當(dāng)體積分?jǐn)?shù)不變，則可作為判斷平衡

的標(biāo)志，故B符合題意；C項，氣體的平均相對分子質(zhì)量等于氣體質(zhì)量除以氣體

的物質(zhì)的量，氣體質(zhì)量不變，氣體的物質(zhì)的量減小，氣體的平均相對分子質(zhì)量增

大,當(dāng)保持不變可作為判斷平衡的標(biāo)志，故C符合題意；D項，c(Hj=2C(CH3OH),

不能用濃度比例來判斷平衡的標(biāo)志，故D不符合題意；故選ABC。⑶由圖像可知，

使用Cat.2反應(yīng)2h后甲醇的轉(zhuǎn)化率與乙烯和丙烯的選擇性均明顯下降，可能的

原因是，根據(jù)第一個圖得出該條件下2h后催化劑失活，甲醇轉(zhuǎn)化率較低，第二

個圖得出Cat.2顯著降低反應(yīng)iii的活化能，提高活化分子百分?jǐn)?shù)，相同時間內(nèi)

快速生成副產(chǎn)物二甲酸，生成乙烯、丙烯目標(biāo)產(chǎn)物選擇性下降。

4.(1)汽車尾氣中的NO和CO可在催化劑作用下生成無污染的氣體而除去。

在密閉容器中充入10molCO和8molNO發(fā)生反應(yīng)，測得平衡時NO的體積分?jǐn)?shù)

與溫度、壓強的關(guān)系如圖。

No

的

體

積

分

數(shù)

次

①已知該反應(yīng)在較低溫度下能自發(fā)進行，則反應(yīng)2N0(g)+2C0(g)

N2(g)+2CO2(g),bH0(填"=”或“<”)。

②該反應(yīng)達(dá)到平衡后，為同時提高反應(yīng)速率和C0的轉(zhuǎn)化率，可采取的措施

11

有(填字母序號)

a.改用高效催化劑b.縮小容器的體積c.增加N0的濃度d.升高溫

度

(2)在有氧條件下，新型催化劑M能催化NB與NO,反應(yīng)生成弗，將一定比例

的。2、NH3和NO*的混合氣體勻速通入裝有催化劑M的反應(yīng)器中反應(yīng)，反應(yīng)相同

時間，N0,的去除率隨反應(yīng)溫度的變化曲線如圖所示。

I

(M)

X8O

#6O

s4O

s2O

.

c

z

50150250380(V)

解釋在50°C?150°C范圍內(nèi)隨溫度升高，NO、的去除率迅速上升的原因是

(3)NB催化還原氮氧化物技術(shù)是目前應(yīng)用最廣泛的煙氣脫氮技術(shù)：

4NH3(g)+6N0(g)05N2(g)+6H20(g)△樂0。密閉容器中，在相同時間內(nèi)，在

催化劑A作用下脫氮率隨溫度變化如圖所示。

現(xiàn)改用催化能力稍弱的催化劑B進行實驗，請在上圖中畫出在催化劑B作

12

用下的脫氮率隨溫度變化的曲線(不考慮溫度對催化劑活性的影響)。

⑷某研究小組利用反應(yīng)：C(s)+2N0(g)—N2(g)+CO2(g)△層-34.0

kj/mol,用活性炭對NO進行吸附。已知在密閉容器中加入足量的C和一定量的

NO氣體，保持恒壓測得NO的轉(zhuǎn)化率隨溫度的變化如圖所示：

①由圖可知，在1050K前，反應(yīng)中N0的轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而增大，其原

因為;在1100K時，尺的體積分?jǐn)?shù)為

②用某物質(zhì)的平衡分壓代替其物質(zhì)的量濃度也可以表示化學(xué)平衡常數(shù)(記作

而)。在1050K.1.lX106Pa時，該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)廂=___________(已

知：氣體分壓(P分)=氣體總壓(Pa)X體積分?jǐn)?shù))

【答案】(D①<②be

(2)迅速上升段是催化劑活性隨溫度升高增大,與溫度升高共同使NO*去除反

應(yīng)速率迅速增大

13

(4)①1050K前反應(yīng)未達(dá)到平衡狀態(tài),轉(zhuǎn)化率沒有達(dá)到最大值，隨溫度升高，

反應(yīng)速率加快，N0轉(zhuǎn)化率增大20%②4

【解析】(1)①根據(jù)反應(yīng)自由能公式△牙T4S,若反應(yīng)能夠自發(fā)進行，

則△左△開TaS〈0,該反應(yīng)的正反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，△京0,反應(yīng)在低

溫下可自發(fā)進行，則△用0；②根據(jù)上述分析可知：2N0(g)+2C0(g)=

N2(g)+2C02(g),△水0；a項，改用高效催化劑加快反應(yīng)速率，平衡不變，物質(zhì)

轉(zhuǎn)化率不變，a錯誤；b項，縮小容器的體積，體系內(nèi)壓強增大，反應(yīng)速率增大，

平衡正向進行，N0的轉(zhuǎn)化率增大，b正確；c項，增加C0的濃度反應(yīng)速率增大，

平衡正向進行，N0的轉(zhuǎn)化率增大，c正確；d項，升高溫度，反應(yīng)速率增大，由

于該反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升溫平衡逆向進行，NO的轉(zhuǎn)化率減小，d錯誤;

故選be；(2)在一定溫度范圍內(nèi)催化劑活性較大，超過其溫度范圍，催化劑活性

降低，根據(jù)圖知，迅速上升段是催化劑活性隨溫度升高增大，與溫度升高共同使

NO,去除反應(yīng)速率迅速增大；上升階段緩慢主要是溫度升高引起的NO,去除反應(yīng)速

率增大但是催化劑活性下降；(3)300C前反應(yīng)未達(dá)到平衡狀態(tài)，脫氮率決定于速

率，溫度越高速率越快，所以脫氮率增大，300c之后反應(yīng)達(dá)平衡，脫氮率決定

于平衡的移動,該反應(yīng)正反應(yīng)是放熱反應(yīng),升高溫度平衡逆向移動,脫氮率減小.B

催化劑的效率低，所以達(dá)平衡的時間長，平衡不移動，但最終的脫氮率不變，所

I

以圖象為八::XX;(4)①該反應(yīng)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)'反

100200300400500600

濕度T/T

14

應(yīng)從正反應(yīng)方向開始，當(dāng)達(dá)到平衡狀態(tài)時反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率最高；1050K前轉(zhuǎn)化

率沒有達(dá)到最大值，即反應(yīng)未達(dá)到平衡狀態(tài)，隨溫度升高，反應(yīng)速率加快，N0

轉(zhuǎn)化率增大；在1100K時，N0的轉(zhuǎn)化率為40%,設(shè)起始量NO為21no1,則根據(jù)

反應(yīng)方程式可知平衡時N0的物質(zhì)的量為A(N0)=2molX(1-40%)=1.2mol,

Z7(N2)=Z7(CO2)=1A；7(NO)=1X2molX40%=0.4mol,所以平衡時用的體積分?jǐn)?shù)

為亡￡X100%=20%；②由圖可知1050K時，N0的轉(zhuǎn)化率為80%,設(shè)N0起

始量為1mol,則根據(jù)物質(zhì)反應(yīng)轉(zhuǎn)化關(guān)系可知平衡時各種物質(zhì)的物質(zhì)的量分別為:

n(N0)=lmolX(1-80%)=0.2mol,/7(N2)=77(C02)=1A/J(N0)=1X1molX80%=0.4

mol,氣體的物質(zhì)的量的比等于氣體所占的壓強比，平衡常數(shù)壓強表示的平衡常

(O.4p總)x(O.4P總)

數(shù)4=(0-2PJ2=40

5.二甲醛(CH30cH3)是無色氣體，可作為一種新型能源。由合成氣(組成為

慶、C0和少量CO?)直接制備二甲醛，其中的主要過程包括以下四個反應(yīng)：

1

①CO(g)+2H2(g)=CH30H(g)A的一90.IkJ?mol'

1

(2)C02(g)+3H2(g)—CH3OH(g)+H20(g)A玲一49.OkJ?mol-

1

③CO2(g)+H2(g)—CO(g)+40(g)△A=+41.IkJ-mol-

④2cH30H(g)—CH30cH3(g)+H2O(g)△以=-24.5kJ-moF'o試回答下列

問題：

(1)由慶和C0直接制備二甲醛的熱化學(xué)方程式：2C0(g)+4H2(g)

-1

CH30CH3(g)+H20(g)bH=kJ-mol；該反應(yīng)可以自發(fā)進行的條件為

15

（2）將LOmolCO2和3.Omol乩充入2L恒容密閉容器中，使其僅按反應(yīng)②

進行，在不同催化劑作用下，相同時間內(nèi)CO2的轉(zhuǎn)化率隨溫度變化如圖所示。下

列說法正確的是

A.對應(yīng)的平衡常數(shù)小于T,對應(yīng)的平衡常數(shù)

B.根據(jù)圖中曲線分析，催化劑I的催化效果最好

C.b點v（正）可能等于y（逆）

D.a點的轉(zhuǎn)化率比c點高可能的原因是該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升溫平衡逆向

移動，轉(zhuǎn)化率降低

（3）若COZ和慶僅發(fā)生反應(yīng)②和③，研究表明：在其他條件相同的情況下，

用新型催化劑可以顯著提高甲醇的選擇性，使用該催化劑，按Z?（CO2）：/7（H2）=1：

3（總量為amol）投料于恒容密閉容器中進行反應(yīng)，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率和甲醇的選

擇率（甲醇的選擇率：轉(zhuǎn)化的CO2中生成甲醇的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)）隨溫度的變化趨勢

如圖所示：（忽略溫度對催化劑的影響）

①在553K達(dá)到平衡時，反應(yīng)體系內(nèi)甲醇的物質(zhì)的量為mole

16

②隨著溫度的升高，C02的平衡轉(zhuǎn)化率增加但甲醇的選擇率降低，請分析其

原因：。

(4)02催化輔助的A1-C02電池工作原理如圖所示。該電池電容量大，能有效

利用C02,電池反應(yīng)產(chǎn)物AL(C2()4)3是重要的化工原料。則電池的正極反應(yīng)式：

602+6e=602^lo

?

%

■

【答案】(1)—204.7低溫(2)BD

(3)①0.0315a②當(dāng)溫度升高時反應(yīng)②平衡逆向移動，而反應(yīng)③平衡正向

移動且幅度更大，所以CO2的轉(zhuǎn)化率增加，但甲醇的選擇性卻降低

2

(4)6C02+602=3C204+602

【解析】⑴已知：①C0(g)+2H2(g)=CH30H(g)A^=-90.IkJ?moK1

1

④2cH30H(g)-CH3OCH3(g)+H2O(g)A玲-24.5kJ?mor,

由于反應(yīng)熱與反應(yīng)途徑無關(guān)，只與物質(zhì)的始態(tài)和終態(tài)有關(guān)，所以①X2+④,

-1

整理可得2co(g)+4H2(g)—CH30cH3(g)+40(g)A〃=-204.7kJ?mol；該反

應(yīng)的正反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，根據(jù)自發(fā)進行反應(yīng)的依據(jù)△作△/TA

5<0,△水0,A5<0,要使△比TASVO,則反應(yīng)應(yīng)該在低溫下可自發(fā)進行；(2)

17

將1.OmolC02和3.OmolH2充入2L恒容密閉容器中，發(fā)生反應(yīng)②：C02(g)+3H2(g)

1

aCH3OH(g)+H2O(g)A^=-49.OkJ?moK,該反應(yīng)的正反應(yīng)為氣體體積減小的

放熱反應(yīng)；A項，由于該反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，化學(xué)平衡逆向移

動，所以平衡常數(shù)：T3>T4,A錯誤；B項，反應(yīng)溫度低，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化效率高，

則催化劑的催化效果好，根據(jù)圖示，在相同溫度下在催化劑I時CO2轉(zhuǎn)化效率最

高，故催化劑I的催化效果最好，B正確；C項，題中說明圖中的轉(zhuǎn)化率是在同

一時間內(nèi)測得的，并非平衡的轉(zhuǎn)化率，所以不能判斷b點是否平衡，故無法比較

正)、v(逆)的大小，C錯誤；D項，根據(jù)圖示可知：CO2的轉(zhuǎn)化效率在溫度比較

低的高于溫度較高的丁5,是由于該反應(yīng)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度，化學(xué)

平衡逆向移動，導(dǎo)致轉(zhuǎn)化率降，D正確；故選BD；(3)按z?(CO2)：Z?(H2)=1：3(總

量為amol),則其中含有CO2的物質(zhì)的量〃(C()2)=，bXamol=^-mol,根據(jù)圖示

可知在553K達(dá)到平衡時，反應(yīng)體系內(nèi)CO2的平衡轉(zhuǎn)化率為21%,甲醇的選擇率為

60%,根據(jù)C元素守恒，可得甲醇物質(zhì)的量A(CH30H)=(molX21%X60%=0.0315a

mol；②反應(yīng)③的正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，升高溫度，該反應(yīng)正向移動，且溫度對吸

熱反應(yīng)影響更大，使CO?的平衡轉(zhuǎn)化率增加，但對于反應(yīng)②，由于該反應(yīng)的正反

應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度，該反應(yīng)的化學(xué)平衡逆向移動，所以甲醇的平衡轉(zhuǎn)化率

反而降低，即甲醇的選擇率降低；(4)該原電池中A1作負(fù)極,失電子生成鋁離子，

電極反應(yīng)式為Al-3e-=Al*正極反應(yīng)式：602+6e=602\產(chǎn)生的0「與CO2結(jié)合形成

草酸根離子，電極反應(yīng)式為6co2+6O2WO2+3C2O42-,可見O2在反應(yīng)過程中，在第一

個反應(yīng)中作反應(yīng)物、在第二個反應(yīng)中作生成物，所以氧氣在反應(yīng)中作催化劑。

6.二甲醛和乙醇是兩種常見的有機溶劑，也可作為新能源。

18

(1)通過以下反應(yīng)可獲得二甲醛(CH30cH3)：

①C0(g)+H2()(g)=C()2(g)+H2(g)AZTi=akJ?mol1

1

②CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)A〃2=bkJ?mol

1

③2cH30H(g)=CH3OCH3(g)+H2O(g)△/=ckJ?mol-

貝！I反應(yīng)2C0(g)+4H2(g)=CH3OCH3(g)+H20(g)的△H=kJ?mol一

1

o

(2)已知氣相直接水合法可以制取乙醇：H2O(g)+C2HKg)-CH3cH20H(g)。

在Z7(H2O)：A(C2H。=1：1的條件下投料，乙烯的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度(7)及

壓強(夕)的關(guān)系如圖1所示。

20

10

200250300350TVt

圖1

①下列有關(guān)說法中正確的是O

A.B.280℃時，皈〉及

C.A、B、C三點的平衡常數(shù)區(qū)>&>&D.低溫有利于該反應(yīng)自發(fā)進行

②在6,280℃條件下，C點的y正—。逆（填“>”、“<”或“=”），

19

理由是O

③計算圖1中A點的平衡常數(shù)Kp=o（結(jié)果用R的代數(shù)式表示,

平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓X物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)）

（3）在77（H20）：HC2H。=1：x的條件下投料，某研究小組在壓強為6,

溫度為252℃時，進行平衡體系中乙醇的體積分?jǐn)?shù)隨投料比變化的測定實驗。

在圖2中畫出平衡體系中乙醇的體積分?jǐn)?shù)。隨x變化的示意圖―o

圖2x

【答案】（l）2a+2b+c（2）①BD②>在R,280c條件下，平衡轉(zhuǎn)

9

化率在B點位置，說明C點未達(dá)平衡狀態(tài)，反應(yīng)正向進行③布廣

【解析】(1)通過以下反應(yīng)可獲得二甲醛(CH30cH3)：

①CO(g)+H2()(g)=C()2(g)+H2(g)AZTi=akJ?mol1

1

@C02(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H20(g)A^2=bkJ-mol'

20

1

③2cH30H(g)=CH30CH3(g)+H20(g)NHLCkJ?mol

由蓋斯定律，2X①+2X②+③得：反應(yīng)2C0(g)+4H2(g)=CH3OCH3(g)+

1

H2()(g)的AH=(2a+2b+c)kJ?molo(2)①A項,當(dāng)溫度相同時，從R到R

乙烯轉(zhuǎn)化率增大，平衡正向移動，,故A錯誤；B項，280℃時，B點壓

強大，陞〉如故B正確；C項，壓強為月時升高溫度，乙烯轉(zhuǎn)化率減小，平

衡常數(shù)減小，但BC溫度相同，平衡常數(shù)相同，A、B、C三點的平衡常數(shù)KA

&=及，故C錯誤；D項，升高溫度，乙烯轉(zhuǎn)化率減小，△*(),AS<0,低溫有

利于該反應(yīng)自發(fā)進行，故D正確；故答案為BD；②在R,280℃條件下，C點

的/正》/逆；理由是：在R,280C條件下，平衡轉(zhuǎn)化率在B點位置，說明C

點未達(dá)平衡狀態(tài)，反應(yīng)正向進行；③計算圖1中A點的平衡常數(shù)：

G*+Hz（Xg）一一CRs。球。

開始11

轉(zhuǎn)化0.20.20.2

平衡0.80.80.2

-.0.21,卬力上七j0.84969

乙醇占0.8+0.8+0.2-5，乙烯和水各占0.8+0.8+0.2-3'.一(4216p2°

(92)

(3)在/2(H2O)：/7(C2H4)=1：x的條件下投料，某研究小組在壓強為6,

溫度為252℃時，進行平衡體系中乙醇的體積分?jǐn)?shù)隨投料比變化的測定實驗。

水比。)：〃(C2HD=1：1時，乙烯的轉(zhuǎn)化率最大，或11.1%,畫出平衡體系

H

(1,11.1%)

中乙醇的體積分?jǐn)?shù)0隨X變化的示意圖…/T'o

21

7.乙醛是一種重要的燒類衍生物，廣泛應(yīng)用于紡織、醫(yī)藥、化纖、染料和

食品工業(yè)。

(一)以乙烯和氧氣(或空氣)為原料，在由PdCk、CuCk、鹽酸組成的催化劑

水溶液中，進行液相氧化生產(chǎn)乙醛，工業(yè)上一般控制反應(yīng)溫度在120~130℃,壓

強在300~350KPa。又稱Wacker法。其反應(yīng)式為：

主反應(yīng):CH?—ClUg)+1o2(g)-CH3CHO(g)A^-243.2kJ?mol

-1

13

副反應(yīng)：yCH2—CH2(g)+-02(g)—CO2(g)+H2O(g)卜H=一

705.5kJ?mol-1

(1)已知：水的汽化熱是44.0kj-mol-】，請計算乙烯的燃燒熱：

=kJ,mol-1

汽化熱：在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓UOlKPa)下，使Imol物質(zhì)在一定溫度下蒸發(fā)所需要

的熱量。

(2)Wacker法乙烯氧化制乙醛過程，按照以下機理進行：

①乙烯璇基化反應(yīng)：_____________________________

②金屬杷的再氧化反應(yīng)：Pd+2CUC12=PdCl2+2CuCl

③氯化亞銅的氧化反應(yīng)：2CuCl+102+2HC1=2CUC12+H20

請寫出①的反應(yīng)方程式o

22

(3)下列有關(guān)說法正確的是

A.Wacker法制乙醛反應(yīng)中，氯化鈿是反應(yīng)催化劑，氯化銅的作用是使催化

劑再生，沒有氯化銅的存在，就不能完成此催化過程。

B.工業(yè)上采用的原料氣中乙烯大量過量，并有大量未反應(yīng)的乙烯氣要循環(huán)

使用，這樣可提高乙烯利用率，同時原料氣中加入CO?有利于提高乙醛選擇性。

C.原料氣中乙烯大量過量的原因可能是為了讓乙烯的體積分?jǐn)?shù)處在爆炸極

限范圍之外，以避免危險的發(fā)生。

D.乙烯氧化生成乙醛的反應(yīng)是在氣-液相中進行的，加壓和升溫都有利于提

高乙烯和氧在液體中的溶解度，加快反應(yīng)速率。

(4)控制反應(yīng)條件在120~130℃和300~350KPa,原料氣的體積比是V(C2H。：

V(02)：V(C02)：V(N2)=15：10.5：9.5：65,以一定流速通入催化劑水溶液中，

一段時間后反應(yīng)達(dá)平衡，測得乙烯的體積分?jǐn)?shù)是0.L氧氣的體積分?jǐn)?shù)是0.05,

如果充入lOOmol原料氣，請計算反應(yīng)達(dá)平衡時，Z?(CH3CHO)=mol。

(不考慮HC1的揮發(fā))

(二)實際工業(yè)生產(chǎn)要求有較高產(chǎn)量，速率不能太低，轉(zhuǎn)化率盡可能大，所以

應(yīng)盡量使平衡正向移動。

(1)可逆反應(yīng)：aA+bB—rR+sS,對反應(yīng)物A,凈反應(yīng)速率為i?正(XA)

-r逆區(qū))，XA為反應(yīng)物A的轉(zhuǎn)化率，圖a表示反應(yīng)物A的轉(zhuǎn)化率和A的凈反應(yīng)速

率與溫度(T)的關(guān)系圖。圖a分析可知，在相同溫度下，凈反應(yīng)速率為

23

時，XA最大（從"r=0、n、r2>r3>n”選填）；由圖a判斷該反應(yīng)是.

反應(yīng)（填“吸熱”或“放熱”），并簡述原因

（2）請在圖a中繪制:在不同r下，符合工業(yè)生產(chǎn)要求的最佳溫度

【答案】（一）（1）-1499(2)CH2—CH2(g)+PdCl2+H20=CH3CH0+Pd+2HC1

(3)ABC(4)4

（二）（l）r=0放熱由圖分析可知，反應(yīng)達(dá)平衡時（r=0）,隨溫度升高,

XA降低，故該反應(yīng)為放熱反應(yīng)⑵

【解析】(一)(l)JcH2-CH2(g)+102(g)

CO2(g)+H2O(g)bH=—

705.5kJ-mol-1①

-1

H20(g)H20(l)AZ^-44.OkJ.mol②

利用蓋斯定律，將①X2+②X2可得乙烯的燃燒熱：△〃=[（-705.5）X2+（-

44.0）X2]kJ-mor^-1499kJ?mol。（2）乙烯?；侵敢蚁┰赑dCb的氧化

24

下生成CLCHO、Pd等，則①的反應(yīng)方程式為：CH2—CH2(g)+PdCl2+H20=CH3CHO

+Pd+2HClo(3)A項，Wacker法制乙醛反應(yīng)中，氯化把是反應(yīng)的催化劑，參與

反應(yīng)(將乙烯氧化為乙醛)后被還原為Pd,CuCb將其氧化為PdCb,又可表現(xiàn)出催

化能力，從而完成催化過程，A正確；B項，工業(yè)上采用的原料氣中乙烯大量過

量，可促進平衡正向移動，提高乙醛的產(chǎn)量，雖然乙烯的轉(zhuǎn)化率降低，但由于原

料氣的循環(huán)使用，最終可提高乙烯的利用率；原料氣中加入CO2,可降低乙烯氧

化生成CO2的轉(zhuǎn)化率，有利于提高乙醛的選擇性，B正確；C項，乙烯與混合

達(dá)到一定體積分?jǐn)?shù)范圍時會發(fā)生爆炸，所以原料氣中乙烯大量過量的原因可能是

為了讓乙烯的體積分?jǐn)?shù)處在爆炸極限范圍之外，C正確；D項，乙烯氧化生成乙

醛的反應(yīng)是在氣-液相中進行的，加壓有利于提高乙烯和氧在液體中的溶解度，

加快反應(yīng)速率，但升溫對乙烯和氧在液體中的溶解不利，D不正確；故選ABC。

(4)原料氣的體積比是V(C2HJ：V(02)；V(CO2)：V(N2)=15：10.5：9.5：65,充

入lOOmol原料氣，則/7(C2H。=100molX15%=15mol,z?(02)=100molX

10.5%=10.5molo

設(shè)生成CH3CHO的CH2XH2物質(zhì)的量為X,燃燒生成C02的CH2XH2物質(zhì)的量為y,

則可建立下列三段式：

CH,=CH,(g)+3O,(g)2C0,(g)+2H9(g)

y3y2y2y

2CH;=CH;(g)+O2(g)2CH；CHO(g)

世建(mol)15-j-10.5-3v0

變化量(mol)2xx2x

平衡量(mol)15-2A--V10.5-x-3v2x

25

15—2x—y

則=0.1①

100—x

10.5-x-3y

=0.05②

100—x

解①、②方程，可求出尸2moL所以反應(yīng)達(dá)平衡時，/7（CH3CHO）=4mol。

（二）（1）圖a分析可知,在相同溫度下，轉(zhuǎn)化率最大的點，其凈反應(yīng)速率為0,

所以凈反應(yīng)速率為r=0時，XA最大；由圖a可知，當(dāng)轉(zhuǎn)化率達(dá)到最高點后，升高

溫度，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率降低，則平衡逆向移動，所以該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，原因是：

由圖分析可知，反應(yīng)達(dá)平衡時（r=0）,隨溫度升高，XA降低，故該反應(yīng)為放熱反

應(yīng)。（2）在不同r下，符合工業(yè)生產(chǎn)要求的最佳溫度，是r=0的各個點的連線，

圖象為：

8.過量排放含氮物質(zhì)會污染大氣或水體,研究氮及其化合物的性質(zhì)及轉(zhuǎn)化,

對降低含氮物質(zhì)的污染有著重大的意義。

（1）合成氨反應(yīng)。

已知，氨的分解反應(yīng)：2NH3（g）=N2（g）+34（g）,活化能Ea=600kJ?mol\

合成氨有關(guān)化學(xué)鍵的鍵能如下表：

26

化學(xué)鍵H—HN=NN—H

E/kJ^mor1436946391

則合成氨反應(yīng)：yN2(g)+|H2(g)=限④的活化能Ea=

(2)已知2N0+02=2N02反應(yīng)歷程分兩步

活化

方程式焰變

能

E總

總反應(yīng)2N0(g)+02(g)=2N02(g)△水0

第一步(快速

Eal

2N0(g)—N202(g)△直

平衡)

第二步(慢反N202(g)

Ea2△笈

應(yīng))+02(g)=2N02(g)

①平衡常數(shù)K可用氣體分壓來表示，即K的表達(dá)式中用平衡分壓代替平衡濃

度，分壓=總壓X物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)(例如：p(NO)=P”x(NO)),某一時刻第一步達(dá)到

平衡，寫出第一步反應(yīng)的平衡常數(shù)(用P也和各氣體的物質(zhì)的分?jǐn)?shù)來

表示)。

②用NO表示總反應(yīng)的速率方程為貝NO)=k「c(NO).c(Oj；NO2表示的總反應(yīng)

速率方程為v(NO2)=k2-c(NO).c(Oj,占與網(wǎng)是速率常數(shù)，貝!)k，k2=

27

③下列關(guān)于反應(yīng)2N0(g)+02(g)=2N02(g)的說法正確的是o

A.2Efi=Eal+Ea2B.增大壓強，反應(yīng)速率常數(shù)增大

C.溫度升高，正逆反應(yīng)速率都增大D.總反應(yīng)快慢由第二步?jīng)Q定

(3)ML催化還原氮氧化物(SCR)技術(shù)是目前應(yīng)用最廣泛的煙氣氮氧化物脫除

技術(shù)。

①用活化后的V2O5作催化劑，氨氣將NO還原成明的一種反應(yīng)歷程如圖1所

示，請寫出圖1中所示的總反應(yīng)方程式，該反應(yīng)的含氮氣體組分隨溫度

變化如圖2所示,當(dāng)溫度大于600K時，可能發(fā)生副反應(yīng)的化學(xué)方程式o

圖1氨氣選擇性還原NO反應(yīng)歷程圖2氣體中含氨組分濃度隨溫度變化

②在有催化劑的作用下，經(jīng)過相同時間，測得脫氮率隨反應(yīng)溫度的變化情況

如下圖所示，其他條件相同時，請在圖中補充在無催化劑作用下脫氮率隨溫度變

化的曲線

28

(4)電解法處理氮氧化合物是目前大氣污染治理的一個新思路，原理是將NO,

在電解池中分解成無污染的弗和O2除去，如下圖示，兩電極間是新型固體氧化

物陶瓷，在一定條件下可自由傳導(dǎo)0",電解池陰極反應(yīng)為

小I—

NOz*41?

X

【答案】(D254kJ?molT⑵①黑、②1③CD

埠A-

(3)(D4NH3+4N0+02=4N2+6H20

4NH3+502=4N0+6H20(^N2+02=2N0)

2-

(4)2N0x+4xe-=N2+2x0

【解析】(1)△!!=反應(yīng)物總鍵能性成物總鍵能，/^二:乂儂三2+白義田

乙Lt

13

-H)-3X(N-H)=gX946kJ/mol+-X436kJ/mol-3X391kJ/mol=-46kJ/mol,△

H=正反應(yīng)活化能-逆反應(yīng)活化能，貝?。?46=Ea-：X600,Ea=254kJ/mol；(2)①

根據(jù)平衡常數(shù)跖=^^^=/^5p②平衡時，根據(jù)反應(yīng)速率與計量系數(shù)

29

k

成正比，v(NO)=V(N02)，即ki,c(NO)-0(02)=k2*c(N0)*0(02),則ki=k2,k=1;

③A項，總反應(yīng)的活化能由決速步驟決定，即由慢反應(yīng)決定，故A錯誤；B項，

平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，故B錯誤；C項，溫度升高，正逆反應(yīng)速率都增大，故

C正確；D項，總反應(yīng)快慢由