山東省濟南市2022屆高三3月高考模擬考試(一模)(原理綜合題)（ 含答案解析 ）

1.反應Ⅰ可用于在國際空間站中處理二氧化碳，同時伴有副反應Ⅱ發(fā)生。主反應Ⅰ．CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)△H1=-270kJ·mol-1副反應Ⅱ．CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)△H2回答下列問題：（1）幾種化學鍵的鍵能如表所示：化學鍵C—HH—HH—OC=O鍵能/kJ·mol-1413436463a則a=___。（2）為了進一步研究上述兩個反應，某小組在三個容積相同的剛性容器中，分別充入1molCO2和4molH2，在三種不同實驗條件(見表)下進行兩個反應，反應體系的總壓強(p)隨時間變化情況如圖所示：實驗編號abc溫度/KT1T1T2催化劑的比表面積/(m2?g-1)80120120①T1____T2(填“＞”“＜”或“=”)，曲線Ⅲ對應的實驗編號是____。②若在曲線Ⅱ的條件下，10min達到平衡時生成1.2molH2O，則10min內反應的平均速率v(H2O)=____kPa?min-1，反應Ⅱ的平衡常數Kp=____。(用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓×物質的量分數)（3）對于反應Ⅰ，在一定條件下存在：v正(H2)=k1?c4(H2)?c(CO2)或v逆(H2O)=k2?c2(H2O)?c(CH4)，相應的速率與溫度關系如圖所示。反應Ⅰ的平衡常數K=____(用含k1，k2的代數式表示)；圖中A、B、C、D四個點中，能表示反應已達到平衡狀態(tài)的是____?！敬鸢浮浚?）745（2）①.＜②.b③.4.8④.（3）①.②.C【解析】【小問1詳解】根據反應熱=反應物的總鍵能-生成物的總鍵能，△H1=-270kJ·mol-1=2a+436kJ/mol×4-413kJ/mol×4-463kJ/mol×4，則a=745。故答案為：745；【小問2詳解】①由圖可知，曲線Ⅱ、Ⅲ為同一溫度，不同的催化劑，溫度為T1，曲線Ⅰ為T2，曲線Ⅰ先達到平衡，速率大，對應溫度高，T1＜T2(填“＞”“＜”或“=”)，曲線Ⅲ對應的實驗編號是b，催化劑比表面積大，反應速率大。故答案為：＜；b；②反應Ⅰ、Ⅱ同時進行，曲線Ⅱ壓強由200Kpa降到160Kpa，，n平=4mol，設反應Ⅰ生成2xmol水，可得等式：5-消耗的二氧化碳和氫氣+生成的甲烷+生成的水+生成的一氧化碳=5-（x+4x+1.2-2x+1.2-2x）+x+1.2+1.2-2x=4，x=0.5，平衡時水為0.2mol，甲烷為0.5mol，一氧化碳為0.2mol,氫氣為1.8mol，二氧化碳為0.3mol，若在曲線Ⅱ的條件下，10min達到平衡時生成1.2molH2O，則10min內反應的平均速率v(H2O)==4.8kPa?min-1，反應Ⅱ的平衡常數Kp==。(用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓×物質的量分數)故答案為：4.8；；【小問3詳解】反應Ⅰ的平衡常數K=，且平衡時v正(H2)=v逆(H2)=2v逆(H2O)，可得k1?c4(H2)?c(CO2)=2k2?c2(H2O)?c(CH4)整理得：==K，反應Ⅰ的平衡常數K=(用含k1，k2的代數式表示)；圖中A、B、C、D四個點中，上升速度較快的為v(H2),在平衡時，應有v正(H2)=v逆(H2)，由v逆(H2)=2v逆(H2O)，即v正(H2)=2v正(H2O)，在C點v(H2)=2v(H2O)，能表示反應已達到平衡狀態(tài)的是C，故答案為：；C。2.研發(fā)二氧化碳利用技術、降低空氣中二氧化碳含量成為研究熱點。（1）減少碳排放的方法有很多，轉化成有機化合物可有效實現碳循環(huán)，如下反應：a.b.c.上述反應中原子利用率最高的是_______(填編號)。（2）在固體催化表面加氫合成甲烷過程中發(fā)生以下兩個反應：主反應：副反應：①已知，則燃燒的熱化學方程式_______。②加氫合成甲烷時，通?？刂茰囟葹樽笥?，其可能的原因是_______。（3）在一定條件下，向某恒容密閉容器中充入和，發(fā)生反應。①溫度及分子篩膜(用分子篩膜代替容器器壁，該膜只允許極性分子通過)對甲醇平衡產率影響如圖1所示：則_______0(填“>”、“<”或“=”)；其他條件不變，甲醇的平衡產率總是高于沒有分子篩膜，其原因是_______。②測得在相同時間內，不同溫度下的轉化率如圖2所示，_______(填“>”、“<”或“=”)；時，若起始壓強為，計算_______(為以分壓表示的平衡常數，分壓=總壓×物質的量分數)。③已知速率方程，、是速率常數，只受溫度影響。圖3表示速率常數的對數、與溫度的倒數之間的關系，A、B、D、E分別代表圖2中a點、c點的速率常數，則點_______表示c點的。【答案】（1）b（2）①.②.催化劑活性最高或溫度較低反應速率較小，溫度較高副反應平衡右移，副產物增多（3）①.<②.有分子篩膜時能及時分離出產物，上述平衡正向移動，甲醇的平衡產率增大③.<④.0.5⑤.B【解析】【分析】(1)根據原子利用率是指被利用的原子的質量比上總原子的質量，公式為原子利用率=×100%，計算原子的利用率；(2)根據反應可得①×2-主反應可得CH4+2O2=CO2+2H2O，根據蓋斯定律進行放熱的計算；根據反應可知主反應放熱，副反應吸熱，溫度高可能使催化劑的活性降低，進行分析；(3)①根據圖象可知隨著溫度的升高甲醇的轉化率降低，升溫逆向移動，判斷ΔH；濃度對平衡影響分析；②根據圖象可知，不同溫度相同時間測得H2的轉化率，影響反應速率的因素進行判斷，利用三行式進行分壓數據分析，再根據Kp=進行計算；③根據上面分析可知C達到平衡，v正=v逆，v正=k正?c(CO2)?c3(H2)，v逆=k逆?c(CH3OH)?c(H2O)，則K=，該反應為放熱反應，升高溫度平衡移動，再進行分析；【小問1詳解】根據題中信息CO2轉化成有機化合物，有機物為我們的預期產物，其他屬于沒有充分利用的，根據原子利用率是指被利用的原子的質量比上總原子的質量，公式為原子利用率=×100%，可知a的原子利用率為=×100%=48.4%；b.的原子利用率為×100%=64.0%；c.的原子利用率為×100%=28.0%，b的原子利用率高；【小問2詳解】①根據反應可得①×2-主反應可得CH4+2O2=CO2+2H2O，根據蓋斯定律可知ΔH=ΔH3×2-ΔH1+=-395.6kJ?mol-1×2-（-156.9kJ?mol-1=-634.3kJ?mol-1；②根據反應可知主反應放熱，副反應吸熱，溫度過高主要發(fā)生副反應，溫度低反應速度慢，溫度高也可能使催化劑的活性降低，綜合考慮選擇500℃左右；【小問3詳解】①根據圖象可知隨著溫度的升高甲醇的轉化率降低，升溫逆向移動，說明反應放熱ΔH<0，分子篩膜能選擇性分離出H2O(g)，使生成物的濃度降低，平衡正向移動，導致甲醇產率增大；②根據圖象可知，不同溫度相同時間測得H2的轉化率，b點前溫度低反應速率慢未到達平衡，b點后面達到了平衡，且溫度高反應速率v(c)正=v(c)逆，a點未到達平衡溫度低反應慢，且v(a)逆<v(a)正，所以v(a)逆<v(a)正<v(c)正=v(c)逆；根據圖象可知T2溫度時氫氣的轉化率為60%，初始為5mol，反應的氫氣為5mol×60%=3mol，根據反應，則恒容密閉容器，根據pV=nRT，可知p和n正比，反應后總的物質的量為(1+2+1+1)mol，的壓強為×3.5MPa=2.5MPa，根據Kp===0.5；③根據上面分析可知C達到平衡，v正=v逆，v正=k正?c(CO2)?c3(H2)，v逆=k逆?c(CH3OH)?c(H2O)則K=，該反應為放熱反應，升高溫度，平衡向逆反應方向進行，平衡常數減小，即越小，lgk越小，即點B表示c點的lgk正；3.以、為原料合成涉及的主要反應過程中物質的能量變化如圖1所示，回答下列問題：（1）已知：Ⅰ.Ⅱ.Ⅲ.Ⅳ.。則：_______。（2）0.1MPa時向密閉容器中充入和，發(fā)生以上反應，溫度對催化劑性能影響如圖2所示，已知的選擇性。①工業(yè)生產綜合各方面的因素，反應選擇800℃的主要原因是_______。②已知對可逆反應存在如下關系：(其中R為常數)，結合具體反應說明的轉化率隨著溫度的升高始終高于轉化率的原因可能是_______。③采用選擇性膜技術(可選擇性地讓某氣體通過而離開體系)可提高的選擇性。在773K，乙烷平衡轉化率為9.1%，保持溫度和其他實驗條件不變，采用選擇性膜技術，乙烷轉化率可提高到11.0%。結合具體反應說明選擇性膜吸附提高的選擇性的可能原因是_______。④在800℃時，，充入一定容積的密閉容器中，在一定催化劑存在的條件下只發(fā)生反應Ⅲ，初始壓強為，一段時間達到平衡，產物的物質的量之和與剩余反應物的物質的量之和相等，該溫度下平衡時體系的壓強為_______(用含的代數式表示，下同)，反應Ⅲ的平衡常數_______(用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓×物質的量分數，列出計算式)?！敬鸢浮浚?）+177（2）①.的轉化率較高，且的選擇性較高②.溫度變化對能量變化大的吸熱反應影響大，反應I的焓變數值大，所以升高溫度，對反應Ⅰ的影響大，的轉化率高③.選擇性膜吸附，促進反應Ⅲ平衡正向移動，增大的選擇性④.⑤.【解析】【小問1詳解】焓變=生成物總能量-反應物總能量，根據圖示，-300-(-477)=+177；【小問2詳解】①根據圖示，800℃時，的轉化率較高，且的選擇性較高，所以反應選擇800℃。②根據，可知溫度變化對能量變化大的吸熱反應影響大，反應I的焓變數值大，所以升高溫度，對反應Ⅰ的影響大，的轉化率高。③選擇性膜吸附，降低體系中的濃度，促進反應Ⅲ平衡正向移動，所以增大的選擇性。④在800℃時，，充入一定容積的密閉容器中，在一定催化劑存在的條件下只發(fā)生反應Ⅲ，初始壓強為，一段時間達到平衡，，產物的物質的量之和與剩余反應物的物質的量之和相等，則3x=4a-2x，x=0.8a；同溫同體積，壓強比等于物質的量比，該溫度下平衡時體系的壓強為，反應Ⅲ的平衡常數。4.碘及其化合物有著多方面的用途，用化學反應原理研究碘及其化合物有重要意義?；卮鹣铝袉栴}：（1）一碘甲烷()熱裂解可制取乙烯等低碳烯烴化工原料一碘甲烷()熱裂解時主要反應有：反應Ⅰ反應Ⅱ反應Ⅲ(298K)實驗測得，反應Ⅰ、Ⅱ的隨溫度的變化如圖1所示，在體積為1L的密閉容器中，起始投料1mol(g)，反應溫度對平衡體系中乙烯、丙烯和丁烯物質的量分數的影響如圖2所示。①298K時，反應；___________。②當體系溫度高于600K時，乙烯的物質量分數隨溫度升高而顯著增加的可能原因是___________。③若維持體系溫度為715K，(g)的平衡轉化率為___________，反應I以物質的量分數表示的平衡常數___________。（2）研究HI的分解與合成對提高反應Ⅰ中(g)的平衡轉化率有重要意義。T℃，將amol(g)和amol(g)置于已抽成真空的特制1L密閉容器中，40min時體系達到平衡，體系中存在如下反應關系：Ⅰ.Ⅱ．Ⅲ．Ⅳ.①則___________。②實驗測得平衡體系總壓強為Pa，HI的分壓為Pa，的分壓為Pa，已知該反應的正反應速率為，逆反應速率為，其中k正、k逆為速率常數，x為物質量分數，若，在t=40min時，v正=___________(用含b的代數式表示)。【答案】（1）①.66.3②.反應Ⅰ吸熱，反應Ⅱ、Ⅲ放熱，升高溫度，反應Ⅰ平衡正向移動，反應Ⅱ、Ⅲ平衡逆向移動，三者均使的平衡物質的量分數增加③.80%④.0.64（2）①.36②.【解析】【小問1詳解】①反應反應Ⅰ、Ⅱ的隨溫度的變化如圖1所示。反應I為分解反應，反應Ⅱ為化合反應，大多數分解反應為吸熱反應，大多數化合反應為放熱反應，故298K下，=+80.2kJ/mol；=-108kJ/mol；根據蓋斯定律，反應(Ⅰ×3+Ⅱ)可得反應，故66.3kJ/mol。②反應Ⅰ吸熱，反應Ⅱ、Ⅲ放熱，升高溫度，反應Ⅰ平衡正向移動，反應Ⅱ、Ⅲ平衡逆向移動，三者均使的平衡物質的量分數增加。③由圖可知，715K，平衡時n(C3H6)=n(C4H8)=2n(C2H4)，設平衡時n(C2H4)=x，則n(C3H6)=n(C4H8)=2x，n(CH3I)=y，則由I守恒可知n(HI)=1-y，由C守恒的1=y+2x+6x+8x①，C2H4的物質的量分數為4%，得4%=②，由①②得x=，y=，故CH3I的轉化率為×100%=80%；平衡時n(總)=1+5x=，CH3I的物質的量分數為，HI的物質的量分數為，則=0.64。【小問2詳解】①由蓋斯定律可知，Ⅱ=Ⅰ+Ⅳ-2Ⅲ，故Kp2==36。②因為壓強之比等于物質的量之比，40min達到平衡時，Kp=，即36=，故P(I2)=5×106Pa，故=b×=1.。5.以CH3OH(g)和CO2(g)為原料在一定條件下可制備HCOOCH3(g)，發(fā)生的主要反應如下：I.CH3OH(g)+CO2(g)HCOOH(g)+HCHO(g)ΔH1=+756.83kJ·mol-1Kp1II.HCOOH(g)+CH3OH(g)HCOOCH3(g)+H2O(g)ΔH2=+316.12kJ·mol-1Kp2III.2HCHO(g)HCOOCH3(g)ΔH3=-162.04kJ·mol-1Kp3（1）反應4CH3OH(g)+2CO2(g)3HCOOCH3(g)+2H2O(g)的ΔH=____；該反應的壓強平衡常數Kp=____(用含Kp1、Kp2、Kp3的代數式表示)。（2）已知壓強平衡常數(Kp)與溫度(T)之間存在定量關系，且符合van’tHoff方程lgKp=-×+C(其中R、C為常數，ΔH為反應熱)。反應I、II、III的lgKp與之間均為線性關系，如圖1所示。其中反應I對應的曲線為____(填“a”、“b”或“c”)。（3）260℃時，向體積為VL的密閉容器中充入2molCH3OH(g)和1molCO2(g)發(fā)生反應I、II、III，達到平衡時測得容器中n(HCHO)、n(HCOOH)和n(HCOOCH3)分別為0.1mol、0.2mol和0.95mol。①CH3OH(g)的平衡轉化率為____。②260℃時，反應II的平衡常數K=____。③當溫度高于260℃時，CH3OH(g)的轉化率隨溫度的升高而____(填“增大”、“減小”或“不變”)，HCOOCH3(g)的產率隨溫度的升高而下降的原因為____。（4）利用金屬Ti的氧化物作催化劑也可實現由CH3OH(g和CO2(g)合成HCOOCH3(g)，其反應機理如圖2所示。①260℃時，將=的混合氣體以10L·h-1的流速通過裝有催化劑的反應器，試計算當HCOOCH3(g)的產率為80%時，其生成速率v(HCOOCH3)=____L·h-1。②若向反應體系中通入適量H2，可大大提高總反應速率，其原因可能為____。【答案】（1）①.+1983.86kJ/mol②.（2）a（3）①.70%②.4.75③.增大④.升高溫度，反應III逆向移動的程度大于反應II正向移動的程度（4）①.2②.增大了氫原子的濃度或提高催化劑的活性【解析】【小問1詳解】根據蓋斯定律，反應4CH3OH(g)+2CO2(g)3HCOOCH3(g)+2H2O(g)可由已知反應“I×2+II×2+III”得到，故ΔH=2×ΔH1+2×ΔH2+ΔH3=2×756.83+2×316.12-162.04=+1983.86(kJ/mol)；則該反應的壓強平衡常數Kp=(方程式相加，K相乘)；【小問2詳解】由于lgKp=-×+C，則lgKp與之間成反比關系，反應I、II的反應熱ΔH均是正值，則其在圖1所示曲線中為a、b，曲線c是ΔH為負值的反應III，又ΔH1大于ΔH2，其線“更陡”，故反應I對應的曲線為a；小問3詳解】根據題意，設達到平衡時反應I、II、III分別轉化了amol、bmol、cmol，則有：，，，有a-2c=01，b+c=0.95，a-b=0.2，聯立解得a=0.8，b=0.6，c=0.35；①CH3OH(g)的平衡轉化率為；②260℃時，反應II的平衡常數K===4.75；③當溫度高于260℃時，反應I正向吸熱，CH3OH(g)的轉化率隨溫度的升高而增大；升高溫度，反應III逆向移動的程度大于反應II正向移動的程度，故HCOOCH3(g)的產率隨溫度的升高而下降；【小問4詳解】①根據圖2所示，CH3OH(g)和CO2(g)合成HCOOCH3(g)反應方程式為：2CH3OH(g)+CO2(g)HCOOCH3(g)+HCHO(g)+H2O(g)，當HCOOCH3(g)產率為80%時，=的混合氣體CO2(g)的體積比為，HCOOCH3(g)與CO2(g)化學計量數之比為1:1，其生成速率v(HCOOCH3)=10L·h-1×80%×=2L·h-1；②根據圖2所示，H原子在反應過程的中間產物的轉化ⅲ起到促進作用，若向反應體系中通入適量H2，可大大提高總反應速率，其原因可能為增大了氫原子的濃度或提高催化劑的活性。6.清潔能源的綜合利用可有效降低碳排放，是實現“碳中和、碳達峰”的重要途徑。（1）以環(huán)己烷為原料通過芳構化反應生產苯，同時可獲取氫氣。圖甲是該反應過程中幾種物質間的能量關系。芳構化反應：(g)→(g)+3H2(g)_______kJ/mol。（2）和合成乙醇反應為：。將等物質的量的和充入一剛性容器中，測得平衡時的體積分數隨溫度和壓強的關系如圖乙。①壓強P1_______P2(填“>”“=”或“<”，下同)，a、b兩點的平衡常數Ka_______Kb。②已知Arrhenius經驗公式為(為活化能，k為速率常數，R和C為常數)，為探究m、n兩種催化劑的催化效能，進行了實驗探究，依據實驗數據獲得圖丙曲線。在m催化劑作用下，該反應的活化能_______J/mol。從圖中信息獲知催化效能較高的催化劑是_______(填“m”或“n”)，判斷理由是_______。（3）和CO合成甲烷反應為：。T℃將等物質的量CO和H2充入恒壓(200KPa)的密閉容器中。已知逆反應速率，其中p為分壓，該溫度下。反應達平衡時測得v正=。CO的平衡轉化率為_______，該溫度下反應的Kp=_______(用組分的分壓計算的平衡常數)?！敬鸢浮浚?）+208.4（2）①.＜②.＞③.9.6×104④.n⑤.由圖可知，直線n斜率大，Ea小，催化效率高（3）①.40%②.×10—4【解析】【小問1詳解】由圖可知，環(huán)己烷轉化為1，3—環(huán)己二烯的熱化學方程式為①(g)→(g)+2H2(g)△H1=+237.1kJ/mol，1，3—環(huán)己二烯轉化為苯的熱化學方程式為②(g)→(g)+H2(g)△H2=—28.7kJ/mol，由蓋斯定律可知，①+可得②環(huán)己烷轉化為苯的熱化學方程式為(g)→(g)+3H2(g)△H=(+237.1kJ/mol)+(—28.7kJ/mol)=+208.4kJ/mol，故答案為：+208.4；【小問2詳解】①該反應為氣體體積減小的反應，溫度一定時增大壓強，平衡向正反應方向移動，乙醇的體積分數增大，由圖可知，壓強為P1時乙醇的體積分數小于P2時，則P1小于P2；由圖可知，壓強一定時升高溫度，乙醇的體積分數減小，說明平衡向逆反應方向移動，反應為放熱反應，反應的平衡常數減小，則溫度較低的a點平衡常數大于b點，故答案為：＜；＞；②在m催化劑作用下，由圖中數據可得如下方程式：56.2=—7.2×10—3Ea+C①，27.4=—7.5×10—3Ea+C②，解聯立方程可得Ea=9.6×104J/mol;由圖可知，直線n的斜率大于m，說明活化能Ea小于m，催化效率高于m，故答案為：9.6×104；n；由圖可知，直線n斜率大，Ea小，催化效率高；【小問3詳解】設起始通入一氧化碳和氫氣的物質的量都為2mol、生成甲烷的物質的量為amol，由題意可建立如下三段式：平衡時正逆反應速率相等，由三段式數據可得：=，解得a=0.4，則一氧化碳的轉化率為×100%=40%，平衡時分壓常數KP==×10—4，故答案為：40%；×10—4。7.2021年9月，中國科學院宣布在人工合成淀粉方面取得突破性進展，在國際上首次實現二氧化碳到淀粉的全合成，該技術未來有望促進碳中和的生物經濟發(fā)展。（1）人工合成轉化為淀粉只需要11步，其中前兩步涉及的反應如圖所示：反應：___________。（2）反應Ⅰ進行時，同時發(fā)生反應：在1L恒容密閉容器中充入和，一定溫度下，達到平衡時，，，物質的量分數為___________％。(計算結果保留1位小數)（3）乙烯是