2024年高考化學(xué)復(fù)習(xí)（新高考專用）化學(xué)反應(yīng)原理綜合題（分類過(guò)關(guān)）（解析版）

大題04化學(xué)反應(yīng)原理綜合題

類型一熱化學(xué)與電化學(xué)

1.（2024?吉林延邊.一模）利用co2催化加氫制二甲酸，可以實(shí)現(xiàn)CO2的再利用，涉及以下主要反應(yīng):

LCO2（g）+H2（g）=CO（g）+H2O（g）AHi

IL2co2（g）+6口2短）UCH30cH3（g）+3電0。）由2

相關(guān)物質(zhì)及能量變化的示意圖如圖1所示。

2CO(g)+2H2O(g)+4H2(g)

Aa=+82.4kJ/mol

2CO,(g)+6H2(g)

A//=-99.2kJ/mol

2CHOH(g)+2HO(g)

tAH=+23.9kJ/mol32

CH3OCH3(g)+3H2O(g)

圖1

回答下列問(wèn)題:

（1）反應(yīng)II的&H2=該反應(yīng)在____（填“高溫”、“低溫”或‘任何溫度”）下能自發(fā)進(jìn)行。

（2）恒壓條件下，CO2、取起始量相等時(shí)，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率和CH30cH3的選擇性隨溫度變化如圖2所示。已

知：CH30cH3的選擇性二/篙詈XI。。％

%

、

當(dāng)

那

根

假

樹(shù)

)7

番

①300%時(shí)，通入C02、H2各2mol，平衡時(shí)CH30cH3的選擇性、C02的平衡轉(zhuǎn)化率都為30%,平衡時(shí)生成

CH30cH3的物質(zhì)的量為mol'此溫度下反應(yīng)I的平衡常數(shù)&=（保留2位有效數(shù)字。用平衡分壓代

替平衡濃度計(jì)算，分壓=總壓x物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)）。

②300%?360%區(qū)間，CO2平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度變化的曲線如圖2所示，分析曲線變化的原因：。

⑶如圖所示是綠色電源“二甲醛QH30cH3）燃料電池”的工作原理示意圖⑶b均為多孔性pt電極）。負(fù)極是—

（填寫(xiě)“a”或"b”），該電極的電極反應(yīng)式是,若有8moi氫離子通過(guò)質(zhì)子交換膜，則b電極在標(biāo)準(zhǔn)狀況下

吸收L氧氣。

b電極

二甲醛+40

質(zhì)子交換膜

【答案】(1)-123.1低溫

(2)0.090.20反應(yīng)I為吸熱反應(yīng)，二氧化碳的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而增大，反應(yīng)II為放熱反應(yīng)，

二氧化碳的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而減小，300℃~360℃區(qū)間，反應(yīng)I的趨勢(shì)大于反應(yīng)II

⑶aCH30cH3—12e-+3H2。=2C02+12H+44.8

【解析】⑴根據(jù)圖示，2c°2(g)+6型。)=CH30cH3(g)+3氏0%)AH2=(-99-2kJ'mol-1-23,^'

moL)=-123.1k「molT；該反應(yīng)A3v。、△S<0,在低溫下能自發(fā)進(jìn)行。

(2)①300%時(shí)，通入C02、用各2mol，平衡時(shí)CH30cH3的選擇性、C02的平衡轉(zhuǎn)化率都為30%，平衡時(shí)生

成CH30cH3的物質(zhì)的量為細(xì)必產(chǎn)揚(yáng)=009mol；設(shè)容器內(nèi)壓強(qiáng)為P，參加反應(yīng)I的C02的物質(zhì)的量為

2moix30%x(1-30%)=o,42mol,反應(yīng)生成C。的物質(zhì)的量為0.42mol,反應(yīng)生成水的物質(zhì)的量為

0.42mol+0.009molx3=0.69mol,根據(jù)氫元素守恒，參加反應(yīng)的氫氣的物質(zhì)的量為0.42mol+0.009molx6=0.96mol,

p

平衡時(shí)容器中氫氣的物質(zhì)的量為2moi-0.96mol=1.04mol,此溫度下反應(yīng)I的平衡常數(shù)心=p104=0.20-

1Vpx^—xx--

n3.82nP3.82

②反應(yīng)i為吸熱反應(yīng)，二氧化碳的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而增大，反應(yīng)n為放熱反應(yīng)，二氧化碳的平衡轉(zhuǎn)化

率隨溫度升高而減小，300℃~360℃區(qū)間，反應(yīng)I的趨勢(shì)大于反應(yīng)n。

(3)根據(jù)圖示，a極二甲醛失電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成二氧化碳，則負(fù)極是a,該電極的電極反應(yīng)式是

CH30cH3—"屋+3H2。=2c02+>若有8m氫禺子通過(guò)質(zhì)子交換膜，說(shuō)明電路中轉(zhuǎn)移8mol電子,

b電極發(fā)生反應(yīng)O2+4e-+4H++2H2。，則b電極消耗2moi氧氣，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下吸收44.8L氧氣。

2.(23-24高三下.上海.階段練習(xí))I.中國(guó)科學(xué)家首次實(shí)現(xiàn)了二氧化碳到淀粉的全合成，相關(guān)成果由國(guó)際知

名學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》在線發(fā)表。C02的捕集、利用與封存是科學(xué)家研究的重要課題，利用CH4與C02制備“合

成氣”CO、H2,合成氣可直接制備甲醇，反應(yīng)原理為：CO(g)+2H2(g)UCH30H(g)AH=-99kJ-mol1?

(1)若要該反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行，(填“高溫”、“低溫”或"任何溫度”)更有利。

(2)在恒溫、恒容的密閉容器中，對(duì)于合成氣合成甲醇的反應(yīng)，下列說(shuō)法中能說(shuō)明該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)

的是o

A.混合氣體中碳元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不再改變B.混合氣體的密度不再變化

C.CO的百分含量不再變化D.2V(H2)F=v(CO)逆

(3)把CO2轉(zhuǎn)化為HCOOH是降碳并生產(chǎn)化工原料的常用方法，有關(guān)反應(yīng)如下：

@CO(g)+H2O(g)^HCOOH(g)AHi=-72.6kJmol-'

②2co(g)+Ch(g)U2co2(g)AH2=-566kJmol1

1

③O2(g)+2H2(g)U2H20(g)AH3=-483.6kJ-mol-

則82(g)與H2(g)合成HCOOH(g)反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：o

(4)還可利用電化學(xué)方法可以將CO2有效地轉(zhuǎn)化為HCOO-,后續(xù)經(jīng)酸化轉(zhuǎn)化為HCOOH,原理示意圖如圖所

示，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是。

O.lmolLkHCOj溶液C02

A.電解池的陰極電極反應(yīng)式為2co2+2e-+H2O=HCOO-+HCO-

B.b為電源正極

C.電解一段時(shí)間后，陽(yáng)極區(qū)的KHCCh溶液濃度降低

D.若以氫氧堿性燃料電池作直流電源，那么負(fù)極的電極反應(yīng)式為H2-2e-+2OH=2H2O

II.我國(guó)學(xué)者結(jié)合實(shí)驗(yàn)與計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果，研究了NO-CO的反應(yīng)歷程。在催化劑作用下，此反應(yīng)為

2co(g)+2NO(g)02co2(g)+N2(g)AH<0可有效降低汽車尾氣污染物排放。

(5)探究溫度、壓強(qiáng)(2MPa,5MPa)對(duì)反應(yīng)的影響，如圖所示，表示2MPa的是。

(6)一定溫度下，向容積1L的恒容密閉容器按體積比3：2的比例充入CO和NO,當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)NO的

體積分?jǐn)?shù)為右此溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)K==。(第一空寫(xiě)表達(dá)式，第二空保留三位有

效數(shù)字)

(7)使用相同催化劑，測(cè)得相同時(shí)間內(nèi)NO的轉(zhuǎn)化率隨溫度的變化曲線如圖，解釋NO的轉(zhuǎn)化率在100~900℃

范圍內(nèi)隨溫度升高先上升后下降，且下降由緩到急的主要原因是;o

100

0020040060080010001200

【答案】(1)低溫

⑵C

1

(3)CO2(g)+H2(g)^HCOOH(g)AH=-31.4kJmol

(4)B

⑸A

(6)C(N?)C2(CQ?)1.85X10-3

C2(CO)CZ(NO)

(7)400℃?700℃隨溫度升高，平衡向逆向移動(dòng)，轉(zhuǎn)化率逐漸減小700℃以后，催化劑失去活性，反應(yīng)

速率急劇卜降導(dǎo)致轉(zhuǎn)化率迅速變小

【解析】(1)已知CO(g)+2H2(g)UCH30H(g)AH=-99kJ-moH,即該反應(yīng)的AH<0,反應(yīng)前后氣體體積減

小，燧變AS<0,滿足△H-T2kS<0,應(yīng)在低溫下能自發(fā)進(jìn)行，故答案為：低溫。

(2)A.由元素守恒可知，該反應(yīng)過(guò)程中混合氣體中碳元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是定值，當(dāng)混合氣體中碳元素的質(zhì)

量分?jǐn)?shù)不再改變時(shí)，不能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡，故A不選；

B.反應(yīng)前后混合氣體的質(zhì)量和容器容積均是不變的，混合氣體的密度一直不變，混合氣體的密度不再變化

時(shí)，不能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡，故B不選；

c.co的百分含量不再變化，即濃度不再發(fā)生變化，達(dá)平衡狀態(tài)，故c選；

D.2V(H2)F=v(CO)逆時(shí)，不滿足反應(yīng)速率之比是化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，所以沒(méi)有達(dá)到平衡狀態(tài)，故D不選；

答案選C。

(3)則根據(jù)蓋斯定律可知①+|x③②即得到反應(yīng)：CO2(g)+H2(g)^HCOOH(g)AH=AHI+2AH3-2AH2=-72.6

kJmol-4><483,6kJmol-嗚x566kJmoH=3L4kJmol」。

(4)A.CO2在陰極得到電子生成HCOO-,根據(jù)得失電子守恒和電荷守恒配平電極方程式為：

2CO2+2e+H2O=HCOO+HCO[故A正確；

B.CO2在陰極得到電子生成HCOO,Sn電極為陰極，b為電源負(fù)極，故B錯(cuò)誤；

C.比0在陽(yáng)極失去電子生成。2,電極方程式為：2H2O-4e=O2T+4H+,生成的H+會(huì)和HCOO反應(yīng)，陽(yáng)極區(qū)

的KHCO3溶液濃度降低，故C正確；

D.若以氫氧堿性燃料電池作直流電源，氏負(fù)極失去電子生成H2O,電極反應(yīng)式為H2-2e-+2OH=2H2O,故

D正確；

故選B。

(5)可逆反應(yīng)2co(g)+2NO(g)=2CO2(g)+N2(g)AH<0,是放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，NO的轉(zhuǎn)化

率減小，減小壓強(qiáng)，平衡逆向移動(dòng)，NO的轉(zhuǎn)化率減小，根據(jù)圖示可知，表示2MPa的是反應(yīng)a。

（6）根據(jù)已知條件列出“三段式”

2co（g）+2N0（g）W2CO2（g）+N2（g）

起始（mol/L）3

200

轉(zhuǎn)化（mol/L）2x2x2xx

平衡（mol/L）3-2x2-2x2xx

當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)N。的體積分?jǐn)?shù)料管x=0.2moL此溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=黯解=

0.2X(0.4)2=1.85x10-3。

(1.6)2X(2.6)2

（7）如圖，400℃時(shí)，達(dá)到平衡狀態(tài)，NO轉(zhuǎn)化率達(dá)到最大，400℃?700℃隨溫度升高，平衡向逆向移動(dòng),

轉(zhuǎn)化率逐漸減??；700℃以后，催化劑失去活性，反應(yīng)速率急劇下降導(dǎo)致轉(zhuǎn)化率迅速變小。

3.（23-24高三下.上海?開(kāi)學(xué)考試）I.煙氣脫硝是指通過(guò)一系列化學(xué)反應(yīng)將煙氣中的NO、N02等氮的氧化

物轉(zhuǎn)化為無(wú)污染的含氮物質(zhì)的過(guò)程。

（1）已知N02為角形分子。下列關(guān)于NO、N02說(shuō)法正確的是°

A.均屬于酸性氧化物B.均屬于離子化合物

C.均屬于極性分子D.均屬于電解質(zhì)

（2）比較N與0的電負(fù)性大小，并說(shuō)明理由o

II.臭氧一氨水法是一種高效的工業(yè)脫硝技術(shù)，主要流程圖如下所示：

臭氧、氨水

______________；r_________

含NO、NO,的煙氣電除塵化脫硝f海科＞達(dá)標(biāo)排放的煙氣

X溶液

已知：03+NO=N02+02；03+2N02=N205+02

（3）靜電除塵的原理是含塵氣體經(jīng)高壓靜電場(chǎng)使塵粒帶電荷后，塵粒向帶相反電荷的電極定向移動(dòng)，從而達(dá)

到除塵目的。靜電除塵類似于膠體的o

（4）X溶液中含有一種鍍鹽，它由氨水與m05反應(yīng)生成，寫(xiě)出反應(yīng)的離子方程式o

（5）03/NO摩爾比對(duì)NO脫除率以及N02轉(zhuǎn)化率的影響如下圖所示。分析最佳摩爾比并說(shuō)明理由________。

8o

100

907o

80

宏

/706o

好60

健505o

室40

O304o

N20

3o

2O

io

o0

0.20.40.60.81.01.21.41.61.82.02.22.4

O3/NO摩爾比

in.下圖裝置能有效去除煙氣中的N02，已知該電池反應(yīng)為：6NO2+8NH3=7N2+12H20。

負(fù)載<—NO

電極A、電極B

20%~30%

KOH溶液?30%的KNO：溶液

離子交換膜

(6)A電極通過(guò)導(dǎo)線(選填“流出”或‘流入")電子。B電極的電極反應(yīng)式

W.利用催化劑zAg對(duì)NO催化轉(zhuǎn)化的反應(yīng)過(guò)程與能量變化如下圖所示。

e過(guò)渡態(tài)2

[ZAgOONN]*

150-

456.6；

b過(guò)渡態(tài)1

100-[ZAgONNO]*

；,77.2\

50-

(\\23.817.6/

一

。ZAg+2NO

U

0-；ZAgO+N2OZAgO—ONN；

V生

P一、5'cj

0

-50-ZAgON+NO

1器M\-89.2；

-100-ZAgON-NO

a

-150-1-167.1

---------、、-loz.o

ZAgO+N——八

-200-r22ZAg+Oz+N2

-250-

反應(yīng)過(guò)程

(7)下列說(shuō)法正確的是o

A.高溫下有利于NO的轉(zhuǎn)化B.由a釋放N20的反應(yīng)速率最慢

C.a到b、d到e,都會(huì)形成非極性鍵D.過(guò)渡態(tài)2比過(guò)渡態(tài)1穩(wěn)定

(8)寫(xiě)出總反應(yīng)的熱化學(xué)方程式o并判斷在上述實(shí)驗(yàn)條件時(shí)該反應(yīng)是否會(huì)自發(fā)地進(jìn)行o

【答案】(DC

(2)N的電負(fù)性小于°，由于N原子的半徑大于0,所以N原子吸引電子的能力小于0,即N電負(fù)性小于0(合理即

可）

（3）電泳

22

（4）2NH3-H20+N2Q5=NH4+NO3+H20

（5）最佳摩爾比為1.1,此時(shí)NO的脫除率最大，且N02的轉(zhuǎn)化率最高（合理即可）

⑹流出2N02+8e-+4H2Q=8OH-+N2

（7）BC

2

⑻N(yùn)O（g）—N2（g）+02（g）=-182.8kJ-moL由于反應(yīng)前后氣體分子數(shù)不變，AS很?。◣缀鯙?/p>

0）,而反應(yīng)的A4小于0,所以TAS小于0,因此反應(yīng)可以自發(fā)進(jìn)行（合理即可）

【解析】（1）A.NO不和H2O、NaOH反應(yīng)，NCh和水發(fā)生氧化還原反應(yīng)，二者都不是酸性氧化物，故A

錯(cuò)誤；

B.NO、NO2都屬于共價(jià)化合物，故B錯(cuò)誤；

C.NO為直線形分子，NO2為角形分子，二者正負(fù)電中心不重合，都是極性分子，故C正確；

D.NO、NO2都屬于非電解質(zhì)，故D錯(cuò)誤；

故選C。

（2）N的電負(fù)性小于O,由于N原子的半徑大于O,所以N原子吸引電子的能力小于O,即N電負(fù)性小

于O。

（3）靜電除塵的原理是含塵氣體經(jīng)高壓靜電場(chǎng)使塵粒帶電荷后，塵粒向帶相反電荷的電極定向移動(dòng)，從而

達(dá)到除塵目的，類似于膠體的電泳。

（4）N205和水反應(yīng)生成HNO3,氨水與N205反應(yīng)生成硝酸錢(qián)，離子方程式為：2NH3,H2。+N2O5=2NH才+

2NO3+H20°

（5）由圖像可知，最佳摩爾比為1.1,此時(shí)NO的脫除率最大，且NO2的轉(zhuǎn)化率最高。

（6）根據(jù)反應(yīng)6N02+8NH3=+12J_120可知NH3失去電子作負(fù)極，N02得到電子作正極生成N2,電極

A為負(fù)極，電極B為正極,A電極通過(guò)導(dǎo)線流出電子,B電極的電極反應(yīng)式2N02+81+4H20=80H-+N20

（7）A.由圖可知，總反應(yīng)為放熱反應(yīng)，低溫下有利于NO的轉(zhuǎn)化，故A錯(cuò)誤；

B.由a釋放N2O的反應(yīng)活化能最高，反應(yīng)速率最慢，故B正確；

C.由圖可知，a至Ijb、d到e會(huì)形成非極性鍵N-N、O-O,故C正確；

D.過(guò)渡態(tài)2的能量比過(guò)渡態(tài)1高，則過(guò)渡態(tài)1更加穩(wěn)定，故D錯(cuò)誤；

故選BC。

1

（8）由圖可知，總反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：2NOQ）型N2（g）+oz（g）AW=-182.8kJ-mol-,由于反應(yīng)

前后氣體分子數(shù)不變，AS很小（幾乎為0）,而反應(yīng)的AH小于0,所以TAS小于0,因此反應(yīng)可以自發(fā)進(jìn)

行。

4.（23-24高三下.重慶.階段練習(xí)）研究C02的資源綜合利用，對(duì)實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”和“碳中和”有重要意義。

（1）在C02加氫合成CH30H體系中，同時(shí)發(fā)生以下反應(yīng)：

-1

反應(yīng)LC02（g）+3H2（g）UH2O（g）+CH30H（g）△%=-49kj-mol

411

反應(yīng)II.C02（g）+H2（g）WH20（g）+CO（g）A“2=+kJ,mol"

反應(yīng)III.co（g）+2H2（g）UCH30H（g）AH3

①反應(yīng)III的AH3=c

②CO2與H2在TiOz/cu催化劑表面生成CH30H和H2。的部分反應(yīng)歷程，如圖所不，其中吸附在催化劑表面的

物種用*標(biāo)注。

>“L69產(chǎn)

。L

、

觸L.5I1期/\0.96，,

髭6.OI，噌0.75

濱.5OIWZ~\一/

哭

-而3

o..5I

■*—①——②一x-(3)-x—④—

過(guò)

過(guò)

**過(guò)***

HHH0

渡

渡

H渡QH,反應(yīng)歷程

+++￡+

**O態(tài)

態(tài)

X態(tài)

OOU+O

81OuO+山0。

O+*。

H*O

OH

H

反應(yīng)歷程中反應(yīng)速率最快一步的能壘（活化能）的4°為0.61eV。寫(xiě)出該歷程的化學(xué)方程式：一。

（2）向體積為1L的密閉容器中，投入lmolCO2和3mO1H2,平衡時(shí)CO或30H在含碳產(chǎn)物中物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)及

C02的轉(zhuǎn)化率隨溫度的變化如圖：

%

、

輟

中

血

150200250300350400

溫度QC

已知反應(yīng)II的反應(yīng)速率。正=k正c（c（）2），c（H2）,。逆=＞逆。匕0），c（H2。），上正、卜逆為速率常數(shù)，c為物質(zhì)的

量濃度。

①在p點(diǎn)時(shí)，若反應(yīng)H的k逆=10/（0101.S），此時(shí)該反應(yīng)的。正=mol/（L.s）。

②p點(diǎn)時(shí)體系總壓強(qiáng)為po,反應(yīng)II的5=（保留2位有效數(shù)字）。

③由實(shí)驗(yàn)測(cè)得，隨著溫度逐漸升高，混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量幾乎又變回起始的狀態(tài)，原因是o

⑶可通過(guò)電解法用82制備CH30cH3（1），電解裝置如圖所示。當(dāng)玻碳電極收集到標(biāo)況下44.8L氣體時(shí)，陰

極區(qū)的質(zhì)量變化為g（保留小數(shù)點(diǎn)后1位）。

電源

rO2

o

。陽(yáng)rH,0

柏電極J

質(zhì)子交換膜

（4）化學(xué)式為hi（CN）式NH3）y],Zc6H6的籠形包合物四方晶胞部分結(jié)構(gòu)如圖所示（H原子未畫(huà)出）。晶胞參數(shù)為

a=h豐c,a=R=丫=90°nx\y—；當(dāng)z=0.5時(shí)，Imol晶胞可以俘獲mol苯分子c

【答案】（D-90kJ/molHO*+CO+H*=CO+H2O*

（2）0.084.0x10-3反應(yīng)I、II為放熱反應(yīng)，反應(yīng)I為吸熱反應(yīng)，高溫時(shí)主要發(fā)生反應(yīng)L反應(yīng)I反

應(yīng)前后氣體分子數(shù)相等，所以氣體年均相對(duì)分子質(zhì)量基本不變

（3）66.7

（4）2：34

（1）I-HHI,-49k]-,

【解析】①由蓋斯定律可知，反應(yīng)反應(yīng)可得AH3=AHI-AH2=

-1

moj--90kJ/mol；

②由圖可知，反應(yīng)歷程中反應(yīng)速率最快一步的能壘（活化能）最小為0.61eV,該歷程的化學(xué)方程式為：HO*+

CO+H*=C0+H2。*。

（2）①p點(diǎn)二氧化碳的轉(zhuǎn)化率為20%,則二氧化碳變化物質(zhì)的量為0.2mol,CO和CH30H的總物質(zhì)的量為

0.2mol；此時(shí)CO的體積分?jǐn)?shù)為20%,則和的物質(zhì)的量分別為0.04mol、0.16mol；在1L容器中有：

C02(g)+3H2(g)=H20(g)+CH30H(g)

起始（mol）

3

轉(zhuǎn)化（mol）3x

平衡（mol）3-3x

C02(g)+H2(g)UH20(g)+CO(g)

起始(mol)1-x

3-3xx0

(mol)y

轉(zhuǎn)化yyy

3-3x-yx+yy

CO(g)+2H2(g)^CH3OH(g)

起始(mol)y3-3x-yx

轉(zhuǎn)化(mol)z2zz

平衡(moljy-z3-3x-y-2zx+z

貝l]x+z=0.16、y-z=0.04,有x+y=0.2,貝lj3-3x-y-2z=3-(x+y)-2(x+z)=3-0.2-2x0.16=2.48,1-x-y=1-(x+y)=0.8,則

n(CC>2)=(1-x-y)mol=0.8mol>n(H2)=(3-3x-y-2z)mol=2.48mol>n(H2O)=(x+y)mol=0.2mol>n(CO)=0.04mol,p

=

點(diǎn)為平衡點(diǎn)則。正=”逆，正以他),c(H2)J逆c(co)'c(H20)=iox學(xué)x^moi/(L-s)0-0Smol/(L's)；

￡LQ4XD2.

nrtponrtpo

②p點(diǎn)時(shí)體系總壓強(qiáng)為Po,反應(yīng)II的K產(chǎn)河二=40X10一3；

n總Po'n總P0

③由實(shí)驗(yàn)測(cè)得，隨著溫度逐漸升高，混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量幾乎又變回起始的狀態(tài)，原因是：反應(yīng)

I、in為放熱反應(yīng)，反應(yīng)n為吸熱反應(yīng)，高溫時(shí)主要發(fā)生反應(yīng)II,反應(yīng)n反應(yīng)前后氣體分子數(shù)相等，所以

氣體平均相對(duì)分子質(zhì)量基本不變。

(3)玻碳電極產(chǎn)生氧氣，發(fā)生氧化反應(yīng)，為陽(yáng)極，則柏電極為陰極，故電極反應(yīng)式為

2co2+12e-+12H+=CH3OCH3+3H2。，當(dāng)玻碳電極收集到標(biāo)況下44.8L氣體即2moi氧氣時(shí)，電路中轉(zhuǎn)移8mol

電子，陰極區(qū)吸收:mol二氧化碳，且將會(huì)有8moi氫離子移向陰極，故增重扣olx44g/mol+8xlg/mol=66.7go

(4)由晶胞結(jié)構(gòu)可知，C原子的個(gè)數(shù)為8x；=2,N原子的個(gè)數(shù)為8x：+8x：=3,則x：y=2：3,當(dāng)z=0.5

時(shí)，1個(gè)Ni原子對(duì)應(yīng)0.5個(gè)苯分子，而晶胞中含有8個(gè)Ni原子，則Imol晶胞可以俘獲8x0.5mol=4mol苯

分子。

類型二熱化學(xué)與化學(xué)平衡

5.(23-24高三下.天津?qū)幒?開(kāi)學(xué)考試)“碳達(dá)峰.碳中和”是我國(guó)社會(huì)發(fā)展重大戰(zhàn)略之一。

I(H4還原C02是實(shí)現(xiàn)“雙碳”經(jīng)濟(jì)的有效途徑之一，相關(guān)的主要反應(yīng)有：

CH4(g)+C02(g)=2co(g)+2H2(g)△%=+247??moF

C02(g)+H2(g)UCO(g)+H20(g)△%=+41kJ,mo「i請(qǐng)回答：

(1)有利于提高C02平衡轉(zhuǎn)化率的條件是。

A.低溫低壓B.低溫IWJ壓C.IWJ溫低壓D.IWJ溫IWJ壓

⑵反應(yīng)CH4(g)+3c02(g)U4co(g)+2H20(g)的AH=-------kJ'moL。

(3)恒壓、750℃時(shí)，CH4和C02按物質(zhì)的量之比1：3投料，反應(yīng)經(jīng)如下流程(主要產(chǎn)物已標(biāo)出)可實(shí)現(xiàn)高效

轉(zhuǎn)化。

下列說(shuō)法正確的是o

A.Fe3()4可循環(huán)利用，Ca0不可循環(huán)利用

B.過(guò)程ii,CaO吸收C02可促使Fe304氧化CO的平衡正移

C.過(guò)程五產(chǎn)生的田0最終未被CaO吸收，在過(guò)程邊被排出

D.相比于反應(yīng)cH4(g)+CO2(g)U2coQ)+2H2(g)AHi=+247kJ-moF1,該流程的總反應(yīng)還原lmolC02需

吸收的能量更多

H.二氧化碳加氫制甲醇是研究的另一熱點(diǎn)，其總反應(yīng)可表示為：

反應(yīng)1：C02(g)+3p(2(g)UCH30H(g)+H2O(g)，該反應(yīng)一般認(rèn)為通過(guò)如下步驟來(lái)實(shí)現(xiàn)：

1

反應(yīng)2C02(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)AHi=+41kJ-mol-

1

反應(yīng)3CO(g)+2H2(g)=CH30H(g)AH2=-90kJ-mol-

(4)反應(yīng)2的ASo

A.大于0B.小于0C.等于0D.無(wú)法判斷

(5)若反應(yīng)2為慢反應(yīng)，請(qǐng)?jiān)谌鐖D中畫(huà)出上述兩步反應(yīng)能量變化的示意圖______0

kU'!1

(6)不同壓強(qiáng)下按照n(co2)：n(H2)=1：3投料，實(shí)驗(yàn)測(cè)定C02的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度的變化關(guān)系如圖所示。A溫

度時(shí)，三條曲線幾乎交于一點(diǎn)的原因是o

要

溫度

(7)寫(xiě)出甲醇燃料電池堿性條件下的負(fù)極反應(yīng)式

【答案】(DC

(2)+329

(3)BC

(4)A

?

?

*

\

5l

z?

CHjOH+HQ

反應(yīng)過(guò)程

（6）應(yīng)III為吸熱反應(yīng)，溫度較高時(shí)，主要發(fā)生反應(yīng)III,且反應(yīng)III反應(yīng)前后氣體分子數(shù)相等，故C02的平衡轉(zhuǎn)

化率幾乎不再受壓強(qiáng)影響

⑺2cH30H-12e-+16OH-2CO|~+12H2。

【解析】（1）反應(yīng)I為氣體體積增大的吸熱反應(yīng)，反應(yīng)n為氣體體積不變的吸熱反應(yīng)，AH>O,升高溫度，

平衡右移，CH4平衡轉(zhuǎn)化率增大；降低壓強(qiáng)，平衡右移，CH4平衡轉(zhuǎn)化率增大，故有利于提高C02平衡轉(zhuǎn)化

率的條件是高溫低壓；答案選C。

+247+

（2）已知：I：CH4（g）+C02（g）=2co（g）+2H2（g）A%=kJ-moL；：C02（g）+H2（g）=CO（g）

H20（g）△%=+41kJ,moL；根據(jù)蓋斯定律,由1+11x2得反應(yīng)cH4（g）+3c02（g）=4co（g）+2型0。）

△H1+2AH2=+329k「m『。

（3）①A.根據(jù)流程可知，F(xiàn)e304轉(zhuǎn)化為Fe,Fe又轉(zhuǎn)化為Fe3（）4,Fe3（）4可循環(huán)利用；CaCCh受熱分解生成

CaO和CO2,CaO又與CO2反應(yīng)生成CaCO3,也可循環(huán)利用，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；

B.過(guò)程ii,CaO吸收CO2使CO2濃度降低，促進(jìn)Fe304氧化CO的平衡正移，選項(xiàng)B正確；

C.過(guò)程iiCaO吸收CO2而產(chǎn)生的H2O最終未被CaO吸收，在過(guò)程出被排出，選項(xiàng)C正確；

D.焙變只與起始物質(zhì)的量有關(guān)，與過(guò)程無(wú)關(guān)，故相比于反應(yīng)I,該流程的總反應(yīng)還原ImolCCh需吸收的能

量一樣多，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；

答案選BCo

（4）反應(yīng)C02（g）+H2（g）UC0（g）+H20（g）的△Hi=+41krmor1>0,該反應(yīng)能發(fā)生，說(shuō)明AH-TAS<（T則AS>°，

故選Ao

（5）若反應(yīng)2為慢反應(yīng)，反應(yīng)2的活化能小于反應(yīng)3,且反應(yīng)1為吸熱反應(yīng)，反應(yīng)3是放熱反應(yīng)，總反應(yīng)

為放熱反應(yīng)，畫(huà)出上述兩步反應(yīng)能量變化的示意圖

反應(yīng)過(guò)程

（6）應(yīng)iii為吸熱反應(yīng)，溫度較高時(shí)，主要發(fā)生反應(yīng)in,且反應(yīng)in反應(yīng)前后氣體分子數(shù)相等，故co2的平衡

轉(zhuǎn)化率幾乎不再受壓強(qiáng)影響o

（7）甲醇燃料堿性電池中，負(fù)極甲醇失去電子生成cor，根據(jù)得失電子守恒和電荷守恒配平電極方程

式為：2CH3OH-12e-+16OH-=2CO歹+12也0。

6.（2024?山東.一模）一種利用太陽(yáng)能催化甲烷、水蒸氣重整制氫反應(yīng)原理及各步反應(yīng)以氣體分壓表示的

平衡常數(shù)與溫度T變化關(guān)系如圖所示。

太陽(yáng)光

甲烷重整制氫反應(yīng)分步示意圖

回答下列問(wèn)題:

（1）若第I步反應(yīng)生成吸收QkJ熱量，第I步的熱化學(xué)方程式為。

（2）甲烷水蒸氣重整制氫反應(yīng)：cH4（g）+H20（g）0C0（g）+3H2（g），AH（填或“="）0。

（3）已知上述制氫過(guò)程中存在副反應(yīng)：cO（g）+H2O（g）UcO2（g）+H2（g）。壓強(qiáng)為lOOkPa時(shí)，將

n（H2O）：n（CH4）=3：1的混合氣體投入溫度為T(mén)℃的恒溫恒容的密閉容器中，發(fā)生甲烷水蒸氣重整反應(yīng)和上

述副反應(yīng)，達(dá)平衡時(shí)容器內(nèi)的壓強(qiáng)為140kpa，c02分壓為lOkPa，則由0的平衡轉(zhuǎn)化率為，此時(shí)溫

度T（填或"="）1000o

（4）在一定條件下，密閉容器中加入一定量的co、H20和催化劑發(fā)生反應(yīng)：CO（g）+H20（g）0C02（g）+H2（g）。

v正=l<Ep（CC））?p（H2。），v逆=ki^p（CC）2）?p（H2）,其中v正、v逆為正、逆反應(yīng)速率，k正、k逆分別為速率常

數(shù)，P為氣體的分壓。已知降低溫度時(shí)，k正一k逆增大。調(diào)整co和H20初始投料比，測(cè)得C0的平衡轉(zhuǎn)化率如

圖。A、B、C、D四點(diǎn)中溫度由高到低的順序是,在C點(diǎn)所示投料比下，當(dāng)％轉(zhuǎn)化率達(dá)到40%時(shí)，

V正

%

、6oD(1.5,60)

楙

^

搟5oC(1.0,50)

避A(0.5,45).

T

t4o

g

O

J

3oB(0.5,30)

00.511.52

n(CO)：n(H2O)

【答案】(l)CH4(g)+NiFe2O4(s)=CO(g)4-2H2(g)+2FeO(s)+NiO(s)△H=+2QkJ/mol

(2)>

(3)40%>

27

(4)B>A>C>D—

【解析】(1)第I步反應(yīng)生成lmolH2,吸收QkJ熱量，則消耗ImolCHk吸收的熱量為2QkJ,第I步熱化學(xué)

反應(yīng)方程式為CH4(g)+NiFe2O4(s)=CO(g)+2H2(g)+2FeO(s)+NiO(s)△H=+2QkJ/mol；

(2)由圖可知，第II步的反應(yīng)為H2O(g)+NiO(s)+2FeO(s)=NiFe2O4(s)+H2(g),反應(yīng)1+反應(yīng)II得：CH4(g)+

H2O(g)=CO(g)+3H2(g)，則反應(yīng)的Kp=KpixKpu,由圖可知，Kpi斜率更大，受溫度影響更大，且隨溫度

升高而變大，故Kp也隨溫度升高而變大，升高溫度平衡正向移動(dòng)，則反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，焰變大于零；

(3)壓強(qiáng)為lOOkPa時(shí)，將n(H2O)：n(CH4)=3：l的混合氣體投入溫度為T(mén)℃的恒溫恒容的密閉容器中，則

水、甲烷初始?jí)簭?qiáng)分別為75kPa、25kPa；副反應(yīng)為氣體分子數(shù)不變的反應(yīng)，不會(huì)改變壓強(qiáng)，重整反應(yīng)為氣

體分子數(shù)增加2的反應(yīng)，達(dá)平衡時(shí)容器內(nèi)的壓強(qiáng)為140kPa,容器內(nèi)增大的壓強(qiáng)為消耗甲烷壓強(qiáng)的2倍，則

反應(yīng)甲烷壓強(qiáng)為若蟲(chóng)=20kPa；可逆反應(yīng)：

CH4(g)+H2OQ)=CO(g)+3H2(g)

起始(kPa)257500

轉(zhuǎn)化(kPa)20202060

C02分壓為10kPa，有;

CO(g)+H20(g)=CO2(g)+H2Q)

轉(zhuǎn)化(kPa)10101010

則H2O的平衡轉(zhuǎn)化率為智xl00%=40%；由三段式可知，此時(shí)重整反應(yīng)的Kp=(6Q+1Q)，X(2Q_IQ)F5244,由

75(25-20)X(75-20-10)

圖可知，1000℃時(shí)，Kpi=103,Kpii=10,Kp=KpixKpn=103xl0=104,重整反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，Kp值變大,則

溫度升高，故溫度T大于1000；

(4)已知降低溫度時(shí)，卜正、k逆均減小，k正-k逆增大，k正的減小速率小于k逆，則正反應(yīng)速率減小程度小于

逆反應(yīng)速率，反應(yīng)正向進(jìn)行，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)；增加CO的投料會(huì)降低CO的轉(zhuǎn)化率，降低溫度平衡正向

移動(dòng)會(huì)提高C。的轉(zhuǎn)化率，所以溫度：A>C>D：投料比相同，溫度越高，CO的轉(zhuǎn)化率越低，所以溫度:

B>A；設(shè)D點(diǎn)n(CO)=1.5mol,則n(H2O)=lmol,達(dá)到平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率為60%,消耗

n(CO)=1.5molx60%=0.9mol,

CO(g)+H2O(g)0C02(g)+H2(g)

起始(mol)1.5100

反應(yīng)(mol)0.90.90.90.9

平衡(mol)0.60.10.90.9

平衡時(shí)正逆反應(yīng)速率相等，VJ￡=kIEP(CO)-P(H2O)=Vffi=kap(CO2)-p(H2),反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量之和不

變，壓強(qiáng)平衡常數(shù)等于其物質(zhì)的量平衡常數(shù)=警署=§=應(yīng)8皿3=慢，當(dāng)轉(zhuǎn)化率為40%時(shí)，消耗

0.6X0.12p(C0)p(H20)k逆

n(CO)=1.5molx40%=0.6mol,剩余n(CO)=1.5molx(1-40%)=0.9mol,剩余n(H2O)=(1-0.6)mol=0.4mol,生成

些=匡xP(CQ?\p(H?)=匡x1=-

n(CO2)=0.6moR生成n(H2)=0.6moL濃度商二---=1,o

0.9X0.4v逆k逆p(CO)p(H2O)k逆2

7.(2024?黑龍江哈爾濱?一模)利用1-甲基秦(1-MN)制備四氫親類物質(zhì)(MTLs,包括1-MTL和5-MTL)。

反應(yīng)過(guò)程中伴有生成十氫蔡(1-MD)的副反應(yīng)，涉及反應(yīng)如圖:

5-MTL(g)

l-MTL(g)

回答卜列問(wèn)題：.

(1)1-甲基蔡(1-MN)中的大n鍵可表示為,提高Ri反應(yīng)選擇性的關(guān)鍵因素是o

(2)已知一定條件下反應(yīng)R2、R3、R4的熠變分別為AH2'AH3、AH4,則反應(yīng)R1的焰變?yōu)?用含AH2、AH3、

AH4的代數(shù)式表示)。

(3)四個(gè)平衡體系的平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系如圖甲所示。

圖

甲

①a、b分別為反應(yīng)R4和R2的平衡常數(shù)隨溫度變化的曲線，則表示反應(yīng)R3的平衡常數(shù)隨溫度變化的曲線

為。

②已知反應(yīng)R1的速率方程“正=G-C（1-MN）,C2（H2），?逆=%逆,c（5-MTL）&正、左逆分別為正、逆反

應(yīng)速率常數(shù)，只與溫度、催化劑有關(guān)）。溫度Ti下反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)1?5卜正=k逆，溫度叫下反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)

上正=k逆。由此推知，7\T2（填“”，<”或“=”）。

③下列說(shuō)法正確的是（填標(biāo)號(hào)）。

A.四個(gè)反應(yīng)均為放熱反應(yīng)

B.壓強(qiáng)越大，溫度越低越有利于生成四氫親類物質(zhì)

C.由上述信息可知，400K時(shí)反應(yīng)R4速率最快

D.反應(yīng)體系中1-MD最穩(wěn)定.

（4）1-MN在6.0xl03kpa的高壓比氛圍下反應(yīng)（比壓強(qiáng)近似等于總壓）。不同溫度下達(dá)平衡時(shí)各產(chǎn)物的選擇

性斗（某生成物i的物質(zhì)的量與消耗1-MN的物質(zhì)的量之比）和物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)葉（號(hào)表示物種i與除H2外其他

各物種總物質(zhì)的量之比）隨1-MN平衡轉(zhuǎn)化率y的變化關(guān)系如圖乙所示，y為65%時(shí)反應(yīng)Ri的平衡常數(shù)\=

kPa」?（列出計(jì)算式）。

【答案】（1）招1T催化劑的活性

⑵AH1=AH3+AH4-AH2

（3）d>AD

⑷a%-0.65Xb%

（1-0.65）（6.0x103）2

【解析】（1）1-甲基秦（1-MN）中成環(huán)的C原子雜化方式為sp2,未雜化的p軌道上有1個(gè)電子，則10

個(gè)C原子提供10個(gè)電子形成大II鍵，表示為轉(zhuǎn)口，提高&反應(yīng)選擇性的關(guān)鍵因素

是催化劑的活性。

（2）根據(jù)蓋斯定律，反應(yīng)Ri可由R3+R4-R2得到，的焰變AHi=AH3+AH4-AH2。

（3）①由于生成十氫祭（1-MD）的總反應(yīng)是相同的，則總反應(yīng)的平衡常數(shù)在一定溫度下為定值，則KIK2=K3K4,

C、d分別為反應(yīng)R1和R3的平衡常數(shù)隨溫度變化的曲線，由圖像可知，相同溫度下K1>K3,則K2<K4,結(jié)合

圖像可知，表示反應(yīng)R3的平衡常數(shù)隨溫度變化曲線為d；

②反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)，VIE=V逆，則。正=上正,C（1-MN）.02（由）="逆=上逆,c（5—MTL），平衡常數(shù)

K=（&,呼、=*Ti溫度時(shí)，KTI=—=77=|,丁2溫度時(shí)，KT2=~=1,由圖甲可知，K值隨溫度升高而

C（1-MN）C2（H2）k逆k逆L53k逆

減小，則TI>T2；

③A.由圖甲可知，升高溫度，K逐漸減小，說(shuō)明升高溫度平衡逆向移動(dòng)，則四個(gè)反應(yīng)正反應(yīng)均為放