2022年高考復(fù)習(xí)化學(xué)反應(yīng)原理綜合題

2022年高考復(fù)習(xí)專題化學(xué)反應(yīng)原理綜合題

一、原理綜合題

1.（2022?上海長寧?二模）研究NOX>SO2,CO等大氣污染氣體的處理方法具有重要意義。

（l）NO-是汽車尾氣中的主要污染物之一、N0x能形成酸雨，寫出NO2轉(zhuǎn)化為HNO,的化學(xué)方程式:

⑵氮氧化物是造成光化學(xué)煙霧和臭氧層損耗的主要?dú)怏w。已知：4CO（g）+2NC>2（g）fN2（g）+4CC）2+akJ。

標(biāo)準(zhǔn)狀況下，3.36LCO還原NO?至N?的整個過程中轉(zhuǎn)移電子的數(shù)目為,放出的熱量為（用

含有a的代數(shù)式表示）。

（3）現(xiàn)將一定量N2O4氣體充入恒容密閉容器中，控制反應(yīng)溫度為

T,℃（N2O4（g）^2NO2（g）+Q,Q<0）,下列可以作為反應(yīng)達(dá)到平衡的判斷依據(jù)是。

A.氣體的壓強(qiáng)不變B.VE（N2O4）=2Va（NO2）C.K不變D.容器內(nèi)氣體的密度不變E.容器內(nèi)

顏色不變

（4）反應(yīng)溫度T,時，C（N2O4）隨t（時間）變化曲線如圖，畫出Of時段，C（NO2）隨t變化曲

線。保持其它條件不變，改變反應(yīng)溫度為T?（￡>1）,再次畫出0~t?時段，C（NO2）隨t變

化趨勢的曲線。

（5）NO氧化反應(yīng)：2NO（g）+O2（g）=2NC>2（g）分兩步進(jìn)行:

I.2NO(g)fNQ(g)+QI

II.N2O2(g)+O2(g)^2NO2(g)+Q2Q、Q?都大于0)

在恒容的密閉容器中充入一定量的NO和O’氣體，保持其它條件不變，控制反應(yīng)溫度分別為T,和

丁4（工＞T3）,測得C（NO）隨t（時間）的變化曲線如圖,轉(zhuǎn)化相同量的NO,在溫度（填“T?”或"L"）

下消耗的時間較長，試結(jié)合反應(yīng)過程能量圖分析其原因。

【答案】(1)3NO,+H2O=2HNO,+NO

(2)0.3NAO.O375akJ

(3)AE

(

，

?

O

E

)

3

C0.10

J

二0.08

o

^0.06

J

0.04

0.02

0.01

（5）T4該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度的升高使平衡逆向移動，減慢NO轉(zhuǎn)化速率的影響大于升高溫度對

反應(yīng)速率的影響，使轉(zhuǎn)化相同量的NO時，匕消耗的時間較長

【解析】

(1)

NO?與水反應(yīng)可轉(zhuǎn)化為HNO3,化學(xué)方程式：3NO2+H282HNO3+NO.

(2)

標(biāo)準(zhǔn)狀況下，3.36LCO物質(zhì)的量為0.15mol,根據(jù)4CO(g)+2NO2(g)->N2(g)+4CO2?8e一可得還原NO2至

電的整個過程中轉(zhuǎn)移電子的數(shù)目為0.3NA；根據(jù)題給信息，4CO(g)~akJ,則0.15molCO可放出的熱量為

0.0375akJo

(3)

A.該反應(yīng)氣體分子數(shù)正向增多，容器恒容，則氣體的壓強(qiáng)發(fā)生改變，故氣體的壓強(qiáng)發(fā)生不變可以作為反應(yīng)

達(dá)到平衡的判斷依據(jù)，A符合題意；

B.V正(NqJ=2%(NC)2),則V正(N2OJ:%(NO1=2:1,不等于系數(shù)之比，故不可作為反應(yīng)達(dá)到平衡

的判斷依據(jù)，B不符合題意；

C.平衡常數(shù)K只隨溫度改變，該反應(yīng)控制溫度為T；C不變，則其不可作為反應(yīng)達(dá)到平衡的判斷依據(jù)，C不

符合題意；

D.該反應(yīng)物質(zhì)均是氣體，氣體總質(zhì)量不變，容器恒容，則體系內(nèi)氣體密度始終不變，故其不可作為反應(yīng)達(dá)

到平衡的判斷依據(jù)，D不符合題意：

E.NQ4無色，NO?紅棕色，反應(yīng)過程體系顏色發(fā)生改變，故容器內(nèi)顏色不變可以作為反應(yīng)達(dá)到平衡的判

斷依據(jù)，E符合題意；

故選AE?

(4)

根據(jù)反應(yīng)N2O4(g)U2NC)2(g),NOZ的改變量是N2O4的兩倍，從NQ,的曲線可知其達(dá)到平衡時減少了

0.03mol/L,則NO?從0升高到平衡時的0.6mol/L,其曲線如圖:

o0.10

I

q

二0.08

o

§0.06

0.04山題Q<0可知，該反應(yīng)正向吸熱，保持其它條件不變，隨

0.02

0.01

0

著溫度的升高，該反應(yīng)平衡朝正向移動，且反應(yīng)速率增大，達(dá)到平衡的時間縮短，則其曲線如圖:

(5)

如圖所示，c(N0)隨t(時間)的延長而減小，轉(zhuǎn)化相同量的NO,可作一條平行于時間軸的輔助線，分別交兩

O

N

。

曲線與a、b兩點(diǎn)，如圖:則可知在溫度T4下消耗的時間較長:

可能的原因是，該反應(yīng)兩步均是放出熱量，總反應(yīng)是放熱反應(yīng)，T,>T3)溫度的升高使平衡逆向移動，減慢

NO轉(zhuǎn)化速率的影響大于升高溫度對反應(yīng)速率的影響，使轉(zhuǎn)化相同量的NO時，Tj消耗的時間較長。

2.(2022.安徽.二模)處理、回收利用CO是環(huán)境科學(xué)研究的熱點(diǎn)課題?；卮鹣铝袉栴}：

(I)CO用于處理大氣污染物N20的反應(yīng)為CO(g)+N2O(g)^=iCO2(g)+N2(g)?在Zn+作用下該反應(yīng)的具

體過程如圖1所示，反應(yīng)過程中能量變化情況如圖2所示。

相對能量(E)/kJ?mo|T

總反應(yīng):CO（g）+N2O（g）^=iCO2（g）+N2（g）AH=kJmol-';該總反應(yīng)的決速步是反應(yīng)（填“①”

或"②”），該判斷的理由是

（2）已知：CO（g）+N2O（g）n^CO2（g）+N2（g）的速率方程為v=k-c（N20）,k為速率常數(shù)，只與溫度有關(guān)。

為提高反應(yīng)速率，可采取的措施是（填字母序號）。

A.升溫B.恒容時，再充入COC.恒壓時，再充入N2OD.恒壓時,

再充入N2

（3）在總壓為lOOkPa的恒容密閉容器中，充入一定量的CO（g）和N2O（g）發(fā)生上述反應(yīng)，在不同條件下達(dá)

到平衡時，在T,K時N2O的轉(zhuǎn)化率與黑、在見黑=1時N2O的轉(zhuǎn)化率與工的變化曲線如圖3所示：

n（CO）n（CO）T

%

芯/

三7

莖

O

.

N

圖3

①表示N2O的轉(zhuǎn)化率隨個”的變化曲線為_______曲線（填"I”或“II”）；

②「12（填，，或“<”）；

P(CO:)..P(N2)

0X0

③已知：該反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)K°=Mn,/c、，其中P°為標(biāo)準(zhǔn)壓強(qiáng)(lOOkPa),p(CO2),p(N2).p(N2O)

―^0-X

pp

和p(CO)為各組分的平衡分壓，則T4時，該反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)KJ(計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字,

PmP/物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。

(4)間接電解法除N2O。其工作原理如圖4所示，已知：H2s2。4是一種弱酸。從A口中出來的氣體是

(填化學(xué)式)，電解池的陰極電極反應(yīng)式為，用化學(xué)方程式表示吸收池中除去NQ的原理：

直流電源

H2S2O4b

吸

收

池

Y—稀H2s。4

、離子交換膜

圖4

【答案】(1)-361.22①反應(yīng)①的活化能是149.6kJmoH,反應(yīng)②的活化能是108.22kJ-moH,反

應(yīng)②的活化能更小，故反應(yīng)①是總反應(yīng)的決速步

(2)AC

(3)II>3.4

+

(4)O22H,SO3+2e+2H=H2S2O4+2H,OH2O+H2S2O4+N2O=N2+2H2SO3

【解析】

(1)

由圖2可知，總反應(yīng)為：CO(g)+N2O(g)^^CO2(g)+N2(g)AH=-36l.22kJ-moH,反應(yīng)的決速步驟是由

活化能大的步驟決定的，故該總反應(yīng)的決速步是反應(yīng)①，判斷的理由是反應(yīng)①的活化能是149.6kJmol',

反應(yīng)②的活化能是108.22kJ-moH,反應(yīng)②的活化能更小，故反應(yīng)①是總反應(yīng)的決速步；

(2)

由速率方程可知，此反應(yīng)的速率與溫度和c(N2O)有關(guān)，

A.升溫，k增大，速率加快，A正確；

B.恒容時，再充人CO,c(N2O)不變，速率不變，B錯誤；

C.恒壓時，再充人N2O,c(N2O)增大，速率增大，C正確；

D.恒壓時，再充人N2,c(N2(3)減小，速率減慢，D錯誤；

故選AC；

(3)

①呼W越大，N?o的轉(zhuǎn)化率越小，故曲線n表示N?O的轉(zhuǎn)化率隨寫部的變化；

n(CO)n(CO)

②曲線I表示N2O的轉(zhuǎn)化率隨(的變化，由于AHvO,則，越大，NzO的轉(zhuǎn)化率越大，故TUT?；

③由圖3曲線1可知，:繪)=1，溫度為T4時,N2O的轉(zhuǎn)化率為65%，利用“三段式”計算法可知平衡時p(N2O)

325x0325

=17.5kPa,p(CO)=17.5kPa,p(CO，)=32.5kPa,p(N?)=32.5kPa,K°=°--^1^2a34.

0.175x0.17549

(4)

由圖可知，電解池的陽極電極反應(yīng)式為2HQ-4e-=4H-+O2T,故從A口中出來的氣體是O2,電解池的陰極

電極反應(yīng)式為2H2so3+2e+2H'=H2sQ4+2H2O,由裝置圖可知吸收池中除去N2O的原理是

H2O+H2S2O4+N2O=N2+2H2SO3。

3.(2022?江西上饒?模擬預(yù)測)當(dāng)今世界多國相繼規(guī)劃了碳達(dá)峰、碳中和的時間節(jié)點(diǎn)，中國承諾2030年前，

二氧化碳的排放不再增長，達(dá)到峰值之后逐步降低。2060年前實現(xiàn)“碳中和”，體現(xiàn)了中國對解決氣候問題

的大國擔(dān)當(dāng)。因此，降低空氣中二氧化碳含量成為研究熱點(diǎn)，其中研發(fā)二氧化碳的利用技術(shù)，將二氧化碳

轉(zhuǎn)化為能源是緩解環(huán)境和解決能源問題的方案之一。

I.二氧化碳在一定條件下轉(zhuǎn)化為甲烷，其反應(yīng)過程如下圖所示。

H

2HO(g)H2H2O(g)

K___K_______

CO：|>coI<——>CH4

反應(yīng)i反應(yīng)n

已知：CO2(g)+4H2(g)^CH4(g)+2H2O(g)AHi=-205kJ-mor'

l

反應(yīng)II：CO(g)+3H2(g)^CH4(g)+H2O(g)AH2=-246kJ-mor

(1)則反應(yīng)I的熱化學(xué)方程式為

(2)一定條件下，向2L恒容密閉容器中加入ImolCCh和5mO1H2,只發(fā)生上述反應(yīng)I和反應(yīng)II；lOmin后

容器內(nèi)總壓強(qiáng)(P)不再變化，容器中CH4為0.6moLCO2為0.2moLH2O為1.4mol,lOmin內(nèi)H2的平均反應(yīng)

速率V(H2)=_______反應(yīng)II的平衡常數(shù)KP=(用含字母P的代數(shù)式表示，已知Kp是用反應(yīng)體系中氣體

物質(zhì)的分壓來表示的平衡常數(shù)，即將K表達(dá)式中平衡濃度用平衡分壓代替，某氣體分壓=氣體總壓強(qiáng)x該氣

體的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))

H.在催化劑作用下C02加氫還可制得甲醇CO2(g)+3H2(g)UCH30H(g)+H2O(g)AH=50kJ/mol。

(3)能說明反應(yīng)CO2(g)+3H2(g)^CH3OH(g)+H2O(g)AH=50kJ/mol已達(dá)平衡狀態(tài)的是(填字母)。

A.單位時間內(nèi)生成ImolCH30H(g)的同時消耗了3molH2(g)

B.在恒溫恒容的容器中，混合氣體的密度保持不變

C.在絕熱恒容的容器中，反應(yīng)的平衡常數(shù)不再變化

D.在恒溫恒壓的容器中，氣體的平均摩爾質(zhì)量不再變化

III.C02與比催化重整制備CH3OCH3的過程中存在反應(yīng)：

①2co2(g)+6H2(g)UCH30cH3(g)+3H2O(g)AH<0；

@CO2(g)+H2(g)^CO(g)+H2O(g)AH>0?

(4)向密閉容器中以物質(zhì)的量之比為1：3充入CO2與H2,實驗測得C02的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度和壓強(qiáng)的變

化關(guān)系如圖所示。Pi、P2、P3由大到小的順序為;12℃時主要發(fā)生反應(yīng)_______。(填“①”或"②”),

C02平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度變化先降后升的原因為O

l

【答案】(DCO2(g)+H2(g)^CO(g)+H2O(g)AHl=+41kJmor

(2)O.lSmolL'min_17/p2

(3)CD

(4)P,>P2>P3②開始升溫以反應(yīng)①為主，反應(yīng)放熱，平衡逆向移動，CO2平衡轉(zhuǎn)化率下降，升高

一定溫度后，以反應(yīng)②為主，反應(yīng)吸熱平衡正向移動，CO?平衡轉(zhuǎn)化率上升

【解析】

(1)

反應(yīng)【的化學(xué)方程式為CO2(g)+H2(g)^CO(g)+H2O(g),已知①CO2(g)+4HMg)U

1

CH4(g)+2H2O(g)AH1=-205kJ-mol-,②CO(g)+3H2(g)=CH4(g)+H2O(g)AH2=-246kJmoH,由蓋斯定律可知①

-②可得CO2(g)+H2(g)UCO(g)+H2O(g),△H=-205kJmol1-(-246kJmor1)=+41kJmol1,故熱化學(xué)方程式為

1

CO2(g)+H2(g)UC0(g)+H20(g)AHI=+41kJ-moF。

(2)

由題給信息可知如下三段式：設(shè)反應(yīng)1生成水xmol,

H_

co2(g)+2(g)8(g)+H2O(g)

開始(mol)1500

轉(zhuǎn)化(mol)XXXX

10min后(mol)1-x5-X-1.8x-0.6x+0.6

_、

co(g)+3H2(g)CH4(g)+H2O(g)

開始(mol)0500

轉(zhuǎn)化(mol)0.61.80.60.6

lOmin后(mol)x-0.65-X-1.80.6x+0.6

18+08

x+0.6=1.4,則x=0.8,則v(H?=^-----=0.13mol-L_1-min1；

2x10

平衡時容器中氣體總物質(zhì)的量n(CO2)+n(H2)+n(CO)+n(H2O)+n(CH4)=0.2+2.4+0.2+1.4+0.6=4.8mol,則反應(yīng)

1.40.6

---Px---p7

II的平衡常數(shù)K尸苔&等殳

^fpx(—p)3P

4.84.8

(3)

A.用不同物質(zhì)的速率表示反應(yīng)達(dá)到平衡，反應(yīng)方向應(yīng)是一正一逆，且反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比,

單位時間內(nèi)生成ImolCH.QFKg)的同時消耗了3moiH?(g),反應(yīng)方向都是向正反應(yīng)方向進(jìn)行，因此不能說明

反應(yīng)達(dá)到平衡，故A不符合題意；

B.組分都是氣體，混合氣體總質(zhì)量保持不變，容器為恒容，氣體體積不變，根據(jù)密度的定義，混合氣體密

度始終不變，因此該條件下，混合氣體的密度不變，不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡，故B不符合題意；

C.化學(xué)平衡常數(shù)只受溫度的影響，容器為絕熱恒容，化學(xué)反應(yīng)都會伴隨能量的變化，容器中的溫度在改變，

當(dāng)溫度不再改變，反應(yīng)平衡常數(shù)也不再改變，說明反應(yīng)達(dá)到平衡，故C符合題意；

D.組分都是氣體，混合氣體總質(zhì)量保持不變，該反應(yīng)是氣體物質(zhì)的量減少的反應(yīng)，因此當(dāng)氣體平均摩爾質(zhì)

量不再變化，說明反應(yīng)達(dá)到平衡，故D符合題意；

答案為CD；

(4)

作等溫線，增大壓強(qiáng)，反應(yīng)①的平衡向正反應(yīng)方向進(jìn)行，反應(yīng)②平衡不移動，整體來看，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率

增大，根據(jù)圖像可知，Pl>P2>P3；根據(jù)圖像可知，在T"C,CO?的平衡轉(zhuǎn)化率在不同壓強(qiáng)下保持不變，說明

壓強(qiáng)對反應(yīng)物影響，因此該溫度下，主要發(fā)生反應(yīng)②；開始升溫以反應(yīng)①為主，反應(yīng)放熱，平衡逆向移動，

CO2平衡轉(zhuǎn)化率下降，升高一定溫度后，以反應(yīng)②為主，反應(yīng)吸熱平衡正向移動，CO2平衡轉(zhuǎn)化率上升。

4.(2022?陜西?寶雞市渭濱區(qū)教研室模擬預(yù)測)苯催化加氫制備環(huán)己烷是化工生產(chǎn)中的重要工藝，一定條件

下，發(fā)生如下反應(yīng):

回答下列問題:

(1)已知：III.2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)AH,

(g)+15O2(g)=12CO2(g)+6H2O(l)AH4

(g)+9O2(g)=6CO2(g)+6H2O(l)AH5

則AH產(chǎn)—(用AL、AH,和小也表示)。有利于提高平衡體系中環(huán)己烷體積分?jǐn)?shù)的措施有

A.適當(dāng)升溫B.適當(dāng)降溫C.適當(dāng)加壓D.適當(dāng)減壓

(2)反應(yīng)I在管式反應(yīng)器中進(jìn)行，實際投料往往在n(Hjn(C6H6)=3:1的基礎(chǔ)上適當(dāng)增大H?用量，其目的

是O

(3)氫原子和苯分子吸附在催化劑表面活性中心時，才能發(fā)生反應(yīng)，機(jī)理如圖。當(dāng)HZ中混有微量H2s或CO

等雜質(zhì)時，會導(dǎo)致反應(yīng)I的產(chǎn)率降低，推測其可能原因為，

H2

金屬催化劑

載體

(4)催化劑載體中的酸性中心能催化苯及環(huán)己烷的裂解。已知酸性中心可結(jié)合弧電子對，下圖中可作為酸

性中心的原子的標(biāo)號是(填“①”“②”或“③”)。

催化劑載體表面結(jié)構(gòu)片段

(5)恒壓反應(yīng)器中，按照n(H2):n(C6H6)=4:1投料，只發(fā)生I反應(yīng)，總壓為P。，平衡時苯的轉(zhuǎn)化率為a,

則反應(yīng)I的Kp=(列出計算式即可，用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))。

(6)利用膜電解技術(shù)(裝置如圖所示)，以Na2c24為主要原料制備Na2Cr2O7的總反應(yīng)方程式為：

通電

4Na2CrC)4+4H2O^=2Na2C"O7+4NaOH+2H2T+O2T。則Na2Cr2O7在___________(填“陰”或“陽”)極室制得,

電解時通過膜的離子主要為o

惰性電極?~~?惰性電極

二，二：卜二聚

r__■--I?—?--1

手al

離子交換膜

31

【答案】(1)-AH,+-AH-AHBC

2245

(2)提高苯的利用率

(3)金屬催化劑會與H2s或CO反應(yīng)從而失去催化活動

(4)②

a

(5)----------

.旦.心p)3

5-3a5~3a0

(6)陽Na+

【解析】

(1)

根據(jù)蓋斯定律結(jié)合已知反應(yīng)：III.2H式g)+O2(g)=2HQ⑴AH3

M2(g)+15O2(g)^12CO2(g)+6H2O(l)AH4

V(g)+9O2(g)=6CO2(g)+6H2O(l)AH5

I.主反應(yīng)：「'|(g)+3H2(g)=(^|(g)可由。III+4IV-V,則AH|=：AH3+〈AH4-AH5,故答案為：

12222

31

-AH.+-AH-AH；

23245S

根據(jù)I?主反應(yīng)：(g)+3H2(g)#(g)是一個氣體體積減小的方向的放熱反應(yīng)，故有利于提高

平衡體系中環(huán)己烷體積分?jǐn)?shù)即使平衡向正方向移動，根據(jù)勒夏特列原理，可采用適當(dāng)降低溫度和實當(dāng)加壓

有利平衡正向移動，而升溫和減壓都將使平衡逆向移動，故答案為：BC；

(2)

反應(yīng)I在管式反應(yīng)器中進(jìn)行，實際投料往往在n(珥):n(C6H6)=3:1的基礎(chǔ)上適當(dāng)增大H2用量，增大H2的濃

度將使平衡正向移動，從而提高苯的轉(zhuǎn)化率即利用率，故適當(dāng)增大H2用量的目的是提高苯的利用率，故答

案為：提高苯的利用率；

(3)

紈原子和苯分子吸附在催化劑表面活性中心時，才能發(fā)生反應(yīng)，機(jī)理如圖。當(dāng)H?中混有微量H2s或CO等

雜質(zhì)時，會導(dǎo)致反應(yīng)I的產(chǎn)率降低，推測其可能原因為金屬催化劑會與H2s或CO反應(yīng)從而失去催化活動，

故答案為：金屬催化劑會與H2s或CO反應(yīng)從而失去催化活動；

(4)

催化劑載體中的酸性中心能催化苯及環(huán)己烷的裂解。已知酸性中心可結(jié)合弧電子對，由圖可知，①中原子

無孤對電子也沒有空軌道，②中原子無孤對電子但有空軌道可接收孤電子對，③中有孤對電子，無空軌道，

故下圖中可作為酸性中心的原子的標(biāo)號是②，故答案為:②；

(5)

恒壓反應(yīng)器中，按照n(Hz):n(C6H6)=4:1投料，設(shè)投入的苯的物質(zhì)的量為Imol,只發(fā)生I反應(yīng)，總壓為P。，

平衡時苯的轉(zhuǎn)化率為a,貝人

C6H§+3H2U環(huán)己烷

起始量(mol)140

轉(zhuǎn)化量(mol)a3aa

平衡量(mol)1-a4-3aa

反應(yīng)后平衡體系中總的物質(zhì)的量為：l-a+4-3a+a=5-3a,故平衡時,苯的分壓為：號P。，山的分壓為：學(xué)P。,

5-3a5-3a

-5_p()_a_a

而口■—SK-P(環(huán)己烷)______5-3a______5-3a-%5-3a

P3；

Jp(^)p(H,)-f1-aY4-3aY-1-a(4-3a戶，奴廠案為：ka(4-3a?

(6)

通電

由4Na2CrO4+4H2O^=2Na2Cr2O7+4NaOH+2H2丁+02T可知，電解過程中實質(zhì)是電解水，陽極上水失去電子

牛.成H+和。2,陰極上H+得到電子生成H2,由2CrO：+2H+=CrQ：+H2O可知，在氫離子濃度較大

的電極室中制得，即NazCmO在陽極室產(chǎn)生；電解過程中，陰極產(chǎn)生氫氧根離子，氫氧化鈉在陰極生成，

所以為提高制備NazCrzO的效率，Na+通過離子交換膜移向陰極，故答案為:陽；Na\

5.(2022?吉林延邊?一模)碳排放問題是第26屆聯(lián)合國氣候變化大會討論的焦點(diǎn)。我國向國際社會承諾2030

年“碳達(dá)峰”，2060年實現(xiàn)“碳中和”。為了實現(xiàn)這個目標(biāo)，加強(qiáng)了對CO2轉(zhuǎn)化的研究。下面是CO2轉(zhuǎn)化為高

附加值化學(xué)品的反應(yīng).相關(guān)反應(yīng)的熱化學(xué)方程式如下：

±

反應(yīng)I：CO2(g)+H2(g)^H2O(g)+CO(g)AHI

:i1

反應(yīng)II：CO(g)+2H2(g)?=CH30H(g)△H2=-90.0kJ-mol-

1

反應(yīng)HI：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)△H3=-49.0kJ-mol-

1

反應(yīng)MCO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)△H4--165.0kJmol-

1

反應(yīng)V：2CO2g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g)△H5=-122.7kJmol

回答下列問題：

(1)反應(yīng)HI一般認(rèn)為通過反應(yīng)I、II來實現(xiàn)，則反應(yīng)I的AH產(chǎn)—kJmol1；已知：由實驗測得反應(yīng)I的v

n：=k,KC(CO2)C(H2),v逆ukiraHzOAcCOXknk逆為速率常數(shù)，與溫度、催化劑有關(guān))。若平衡后升高溫度，

則獸=一(填“增大”、“不變”或“減小”)。

%

n(H,)

(2)在2L恒容密閉容器中充入總物質(zhì)的量為8mol的CO?和氏發(fā)生反應(yīng)III,改變氫碳比二米、，在不同

n(CO2)

溫度下反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，測得的實驗數(shù)據(jù)如表：

溫度/K

500600700800

CO2轉(zhuǎn)化率

n(H?)

n(CO2)

145332012

260432815

383624022

①下列說法中正確的是一（填英文字母）。

A.增大氫碳比，平衡正向移動，平衡常數(shù)增大

B.v（CH3OH）=v（CO2）時，反應(yīng)達(dá)到平衡

C.當(dāng)混合氣體平均摩爾質(zhì)量不變時，達(dá)到平衡

D.當(dāng)混合氣體密度不變時，達(dá)到平衡

②在700K、氫碳比為3.0的條件下，某時刻測得容器內(nèi)CO?、H2、CH3OH,H2O的物質(zhì)的量分別為2mol、

2mol、1mol和1mol,則此時正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率的關(guān)系是（填英文字母）。

A.v（正）＞v（逆）B.v（正）＜v（逆）C.（正尸r（逆）D.無法判斷

（3）C02在一定條件下催化加氫生成CH3OH,主要發(fā)生三個競爭反應(yīng)（即反應(yīng)III、IV、V）,為分析催化劑

對反應(yīng)的選擇性，在1L恒容密閉容器中充入2.0molCO2和5.3molH2,測得反應(yīng)進(jìn)行相同時間后，有關(guān)物質(zhì)

的物質(zhì)的量隨溫度變化如圖所示：

①該催化劑在較低溫度時主要選擇反應(yīng)—（“III”或“IV”或“V”）。研究發(fā)現(xiàn)，若溫度過高，三種含碳產(chǎn)物的

物質(zhì)的量會迅速降低，其主要原因可能是：—o

②在一定溫度下達(dá)到平衡，此時測得容器中部分物質(zhì)的含量為：n（CH4）=0.1mol,n（C2H4＞0.4mol,

n（CH3OH）=0.5molo則該溫度下反應(yīng)HI的平衡常數(shù)K（H【）=UVmoH保留兩位小數(shù)）。

（4）常溫下，用NaOH溶液作CO2捕捉劑不僅可以降低碳排放，而且可得到重要的化工產(chǎn)品Na2co3。欲

用ILNa2c03溶液將2.33gBaSCU固體全都轉(zhuǎn)化為BaCCh,則所用的Na2CO3溶液的物質(zhì)的量濃度至少為

mol/L(已知：常溫下K?p(BaS04)=lxlO-u,K，p(BaCO3)=lxl()T。。忽略溶液體積的變化，保留兩位有效數(shù)

字)。

(5)研究人員研究出一種方法，可實現(xiàn)水泥生產(chǎn)時CO2零排放，其基本原理如圖所示。溫度小于900C時

進(jìn)行電解反應(yīng)，碳酸鈣先分解為CaO和CO2,電解質(zhì)為熔融碳酸鈉，陽極的電極反應(yīng)式為2cO；

-4e-=2CO2T+O2T，則陰極的電極反應(yīng)式為

石灰石

高溫電解

熔融碳酸鹽/

及石灰石陽

石

墨極

，太陽光陰

CaCO3

極

CaO+O^+C

CaO

【答案】(1)+41.0或+41減小

(2)CA

(3)IV溫度升高催化劑活性降低1.92

(4)0.11

(5)3co2+4e=C+2CO；

【解析】

(1)

1

根據(jù)蓋斯定律ni-H可得CO2(g)+H2(g)『^H2O(g)+CO(g)△H1=-49.0kJmol'+90.0kJmol'MlkJ-mol；反應(yīng)

［屬于吸熱反應(yīng)，升溫平衡正向移動，k正〉k送，則M減小；

(2)

①A.平衡常數(shù)與溫度有關(guān)，溫度不變平衡常數(shù)不變，A錯誤：

B.反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比，未指明方向，v(CH30H尸v(CCh)時，不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡，B錯誤；

C.該反應(yīng)氣體總質(zhì)量不變，總物質(zhì)的量發(fā)生改變，平均摩爾質(zhì)量改變，當(dāng)混合氣體平均摩爾質(zhì)量不變時，達(dá)

到平衡，C正確；

D.由于質(zhì)量守恒，且體積不變，當(dāng)混合氣體密度不變時，不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡，D錯誤；

故選C；

②一、=3,平衡時CO2的轉(zhuǎn)化率為40%,某時刻測得容器內(nèi)CO?、H2、CHQH、比0的物質(zhì)的量分別

為2mol、2mol、Imol和ImoL可知CCh的轉(zhuǎn)化量為ImoL起始投入量為3mol,轉(zhuǎn)化流程為33.3%V40%,

說明反應(yīng)未達(dá)到平衡，故v(iE)>v(逆)，故選A；

(3)

①在較低溫度時主要生成甲烷，該催化劑在較低溫度時主要選擇反應(yīng)IV。研究發(fā)現(xiàn)，若溫度過高，三種含

碳產(chǎn)物的物質(zhì)的量會迅速降低，其主要原因可能是：溫度升高催化劑活性降低；

___\

co2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)

起始25.300

轉(zhuǎn)化0.51.50.50.5

平衡1.53.80.50.5

___k

82(g)+4H2(g)CH4(g)+2H20(g)

起始1.53.800.5

轉(zhuǎn)化0.10.40.10.2

平衡1.43.40.10.7

282(g)+6H2(g)___ikC2H4(g)+4H20(g)

起始1.43.400.7

轉(zhuǎn)化0.82.40.41.6

平衡0.610.42.3

c(［西必戲3)_0.5x2.3

K(III)=—X1.92(L2/mol2)；

3

C(H2).C(CO2)FX0.6

(4)

2.33gBaSO_,固體的物質(zhì)的量為O.Olmol,根據(jù)BaSO4+C。>3=BaCO3+SO；可知,需要消耗xmol/L的碳酸鈉,

所得1L溶液中c(SO；尸竺詈1=0.01mol/L,反應(yīng)平衡常數(shù)

K_c(SO：。_c(SO^)?c(Ba2+)_JC(BaSO)10

4F=0.1,平衡時c(CO；)=(x-0.01)mol/L,0.1=-^-,

c(CO^)c(CO；)?d(Ba")ISP(BaCO,)1?X-v.U1

x=0.11；則所用的Na2c03溶液的物質(zhì)的量濃度至少為O.Umol/L；

(5)

溫度小于900C時進(jìn)行電解反應(yīng)，碳酸鈣先分解為CaO和CO?,電解質(zhì)為熔融碳酸鈉，熔融碳酸鈉中的碳

酸根移向陽極，陽極的電極反應(yīng)式為2cO：-4e-=2CO2T+O2T，陰極得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成碳，則陰極的

電極反應(yīng)式為：3CO2+4e=C+2COf,

6.(2022?重慶?二模)碳達(dá)峰是指我國承諾2030年前，二氧化碳的排放不再增長。因此，諸多科學(xué)家都在

大力研究利用CO2和co以減少碳的排放。

(1)“神十三”中航天員們呼吸產(chǎn)生的co,用一種循環(huán)方案處理，即CO?(g)+2H2(g)UC(s)+2H2O(g)，

然后電解水又得氫氣和氧氣。在溫度為T,向一恒容密閉容器中，按物質(zhì)的量之比2:1通入H?和CO”測得

反應(yīng)過程中壓強(qiáng)仍)隨時間⑺的變化如圖中a所示，若其它條件不變，僅改變某一條件時，測得其壓強(qiáng)

隨時間⑺的變化如圖中b所示。

①能說明容器中的反應(yīng)均己達(dá)到平衡狀態(tài)的是。

A.容器內(nèi)氣體的平均相對分子質(zhì)量不變

B.CO。和H?的轉(zhuǎn)化率相等

C.H式g)與C(s)的物質(zhì)的量之比保持不變

D.V(H2)=V(H2O)

②AW0(填或‘不確定”)；理由是。

③改變的條件是o

(2)CO2經(jīng)催化加氫可以生成低碳有機(jī)物，主要有以下反應(yīng)：

反應(yīng)I：CO,(g)+3H,(g)^CH,OH(g)+H2O(g)A//=-49.6kJ-mor'

反應(yīng)H：2CO2(g)+6H2(g)^CH3OCH,(g)+3H2O(g)A，=-122.6kJ-mo「

①反應(yīng)n的活化能紇(正)紇(逆)(填或“=”)。

②在匕溫度下，將3moicO?和7mol也充入2L的恒容密閉容器中發(fā)生反應(yīng)I和H,達(dá)到平衡狀態(tài)時

CHQH(g)和CH,OCH,(g)的物質(zhì)的量分別為1moi和0.5mol。則工溫度時反應(yīng)I的平衡常數(shù)K=。

(3)工業(yè)上利用廢氣中的CO?、CO聯(lián)合制取燒堿、氯代燃和甲醇的流程如下圖。已知B中的裝置使用了

陽離子交換膜。

①B中發(fā)生的總反應(yīng)的離子方程式為o

②若某廢氣中含有的CO?和CO的體積比為1:1,廢氣中C0z和CO體積分?jǐn)?shù)共為8.96%。假設(shè)A中處理了標(biāo)

準(zhǔn)狀況下10m'的廢氣，其中CO?和CO全部轉(zhuǎn)化成CHQH,理論上可制得CJi,Ckkg。

【答案】(1)AC<隨著反應(yīng)進(jìn)行，壓強(qiáng)先變大后變小，說明反應(yīng)為放熱反應(yīng)，使得開始的溫度升

高，壓強(qiáng)增大加入催化劑

(2)<10

(3)2H2O+2C1-H2T+2OH-+C12t9.9

【解析】

(1)

①A.容器內(nèi)氣體的質(zhì)量和物質(zhì)的量均是變化的量，氣體的平均相對分子質(zhì)量不變，說明反應(yīng)已達(dá)到平衡狀

態(tài)，A符合題意；

B.CO?和H?的投料比等于系數(shù)比，故兩者的轉(zhuǎn)化率相等，不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，B不符合題意；

C.H式g)與C(s)的物質(zhì)的量之比隨著反應(yīng)的進(jìn)行不斷變化，當(dāng)該比例保持不變時，說民反應(yīng)已達(dá)到平衡狀

態(tài)，C符合題意；

D.丫(凡)=丫(凡0)時，由于未指明兩個速率的反應(yīng)方向，故不能說明達(dá)到平衡狀態(tài)，D不符合題意：

故選AC。

②由圖可知，隨著反應(yīng)進(jìn)行，壓強(qiáng)先變大后變小，5min時達(dá)到平衡狀態(tài)，說明反應(yīng)為放熱反應(yīng)，使得開始

的溫度升高，壓強(qiáng)變大，故△“<0。

③改變的條件化學(xué)反應(yīng)速率加快，而平衡狀態(tài)沒有移動，說明加入了催化劑。

(2)

①反應(yīng)n為放熱反應(yīng)，生成物的能量低于反應(yīng)物的能量，則反應(yīng)n的活化能EJ正)<紇(逆)。

②由三段式得：

CO2(g)+3H2(g)^^CH,OH(g)+H2O(g)

起始(mol)3700

轉(zhuǎn)化(moj1311

平衡(mol)1

2CO2(g)+6H2(g)^^CHQCH,(g)+3H2O(g)

起始(mol)3700

轉(zhuǎn)化(mol)130.51.5

平衡(mol)0.5

在工溫度下，2L的恒容密閉容器中平衡時CO2、H2、CHQH、H2。的物質(zhì)的量分別為3mol-lmol-lmol=lmol.

7mol-3mol-3mol=1mol>1mol,lmol+1.5mol=2.5mol；則M溫度時反應(yīng)I的平衡常數(shù)K=

mol?L1)xmol?L'

=10。

gmol【t)x[；mol.17'

(3)

①由圖可知，B中發(fā)生的總反應(yīng)為電解氯化鈉溶液的反應(yīng)，離子方程式為2H2O+2CI=H2T+20H+CLT。

②10n?的廢氣中CO/ICO總體枳為10xl()3Lx8.96%=896L,8/匹0的體枳均為4481,兩者的物質(zhì)的量

均為20mo1,CO?和CO全部轉(zhuǎn)化成CHQH,CO2-6e\CO-4e,則轉(zhuǎn)移電子的總的物質(zhì)的量為200mo1；

C2H$生成C2H4CI2,C2H」?2e,則根據(jù)電子守恒可知，生成CRjCl?的物質(zhì)的量為lOOmol,質(zhì)量為

100molx99g/mol=9900g=9.9kgo

7.(2022?重慶?二模)工業(yè)生產(chǎn)中硫、氮、碳的氧化物排放都會導(dǎo)致嚴(yán)重環(huán)境問題，對這些物質(zhì)需要進(jìn)行綜

合利用。

(1)用CH4催化還原煤燃燒產(chǎn)生的氮氧化物，可以消除污染。己知：

,

CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)AHi=-867.0kJ?niol-?

NO2(g)=^N2O4(g)AH2=-28.5kJ?mo|-'。

寫出CH4催化還原N2O4(g)生成82、N2和H2O(g)的熱化學(xué)方程式____。

(2)以C02、4為原料合成乙烯的方程式為:2CO2(g)+6H2(g)峰念C2H4(g)+4H2O(g)AH。在常壓下，按n(CO2)：

n(H2)=l：3(總物質(zhì)的量為4amol)的投料比充入恒壓密閉容器中發(fā)生反應(yīng)。測得溫度對C02的平衡轉(zhuǎn)化率和

催化劑催化效率影響情況如圖1所示。

—---

'、、

Ilf-It，黃黃1——―一

C(?轉(zhuǎn),奐率

、---)2Ti

.M

，———N

———-—

5010015020025030035()400450

溫度/C