化学反应原理综合题-2023年高考化学母题题源解密（全国通用）（原卷版）

专题16化学反应原理综合题

囹题昌

【母题来源】2022年全国甲卷

【母题题文】金属钛(Ti)在航空航天、医疗器械等工业领域有着重要用途，目前生产钛的方法之一是将金红

石(TiOj转化为TiCl「再进一步还原得到钛。回答下列问题：

(l)TiC>2转化为TiCl4有直接氯化法和碳氯化法。在1000℃时反应的热化学方程式及其平衡常数如下:

12

(i)直接氯化：TiO2(s)+2Cl2(g)=TiCl4(g)+O2(g)AH,=172kJ-mol-,Kp,=1.0x1O-

l2

(ii)碳氯化：TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s)=TiCl4(g)+2CO(g)AH2=-51kJmol',Kp2=1.2xlOPa

①反应2C(s)+O,(g)=2CO(g)的AH为kJ-mol",K=Pa»

②碳氯化的反应趋势远大于直接氯化，其原因是。

③对于碳氯化反应：增大压强，平衡移动(填“向左””向右”或"不》温度升高，平衡转化率(填

“变大”“变小”或“不变”)。

⑵在1.0xl()5pa,将TiO2、C、Cl,以物质的量比1：2.2：2进行反应。体系中气体平衡组成比例(物质的量

分数)随温度变化的理论计算结果如图所示。

0.7

O..6

.5

OQ.4

S3

2

O.

O.J

0.0......»----T----«------•-------•-------«-------»i.........

02004006008001000120014001600

温度/

①反应C(s)+CC)2(g)=2CO(g)的平衡常数Kp(1400℃)=Pa。

②图中显示，在200℃平衡时TiO?几乎完全转化为TiCl4,但实际生产中反应温度却远高于此温度，其原因

是。

⑶T。碳氯化是一个“气一固一固”反应，有利于TiO?-C“固—固，，接触的措施是。

【答案】(1)-2231.2X1014碳氯化反应气体分子数增加，AH小于0,是爆增、放热过程，端判据与

焙判据均是自发过程，而直接氯化的体系气体分子数不变、且是吸热过程向左变小

(2)7.2x1(T为了提高反应速率，在相同时间内得到更多的TiCL产品，提高效益

(3)将两固体粉碎后混合，同时鼓入C3使固体粉末“沸腾”

【试题解析】

⑴①根据盖斯定律，将“反应ii-反应i”得到反应2c(s)+O2(g)=2CO(g),则

,2

K91ox1f)Pa

AH=-51kJ/mol-172kJ/mol=-223kJ/mol；则Kp=—=---------=1.2xlOl4Pa；

2

Kpl1.0x10-

②碳氯化的反应趋势远大于直接氯化，因为碳氯化反应气体分子数增加，小于0,是燃增、放热过程，

嫡判据与熔判据均是自发过程，而直接氯化的体系气体分子数不变、且是吸热过程；

③对应碳氯化反应，气体分子数增大，依据勒夏特列原理，增大压强，平衡往气体分子数减少的方向移动,

即平衡向左移动；该反应是放热反应，温度升高，平衡往吸热方向移动，即向左移动，则平衡转化率变小。

(2)①从图中可知，1400℃,体系中气体平衡组成比例CO2是0.05,TiCL是0.35,CO是0.6,反应

C(s)+CO2(g)=2CO(g)的平衡常数Kp(1400℃)=Pa=7.2xlO5Pa；

0.05P也0.05x1.0x105

②实际生产中需要综合考虑反应的速率、产率等，以达到最佳效益，实际反应温度远高于200℃,就是为了

提高反应速率，在相同时间内得到更多的TiCL产品。

(3)固体颗粒越小，比表面积越大，反应接触面积越大。有利于TiCh-C“固-固”接触，可将两者粉碎后混合,

同时鼓入C12,使固体粉末"沸腾”，增大接触面积。

【母题来源】2022年全国乙卷

【母题题文】油气开采、石油化工、煤化工等行业废气普遍含有的硫化氢，需要回收处理并加以利用。回

答下列问题：

(1)已知下列反应的热化学方程式：

①2H2S(g)+3O2(g)=2SO,(g)+2H2O(g)AH,=-1036kJ-mol'

1

②4H2S(g)+2SO2(g)=3S,(g)+4H2O(g)AH2=94kJ.mol

③2H2(g)+C)2(g)=2H2O(g)AH,=-484kJ-moF1

计算H2S热分解反应④2H2s(g)=S2(g)+2H?(g)的AH4=kJ•molL

(2)较普遍采用的H2s处理方法是克劳斯工艺。即利用反应①和②生成单质硫。另一种方法是：利用反应④

高温热分解H?S。相比克劳斯工艺，高温热分解方法的优点是,缺点是。

⑶在1470K、100kPa反应条件下，将n(HM：n(Ar)=l:4的混合气进行H2s热分解反应。平衡时混合气中H2s

与H2的分压相等，H2s平衡转化率为,平衡常数Kp=kPa。

(4)在1373K、100kPa反应条件下，对于n(H?S):n(Ar)分别为4:1、1:1、1:4、1:9、1：19的HzS-Ar混合气,

热分解反应过程中H2s转化率随时间的变化如下图所示。

①n(HzS):n(Ar)越小，H?S平衡转化率,理由是。

②n(H2S):n(Ar)=l:9对应图中曲线,计算其在0-0.1s之间，H2s分压的平均变化率为

________kPa-s-1o

【答案】(1)170

(2)副产物氢气可作燃料耗能高

(3)50%4.76

⑷越高n(H2S):n(Ar)越小，H2s的分压越小，平衡向正反应方向进行，H2s平衡转化率越高d24.9

【试题解析】

(1)已知：

①2H2s(g)+3O2(g)=2SO2(g)+2H2O(g)\Hi=-\036kJ/mol

@4H2S(g)+2SO2(g)=3S2(g)+4H2O(g)\H2=94kJ/mol

③2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)A%=-484kJ/mol

根据盖斯定律(①+②)xg—③即得到2H2s(g)=S2(g)+2H2(g)的△&=(-1036+94)kJ/molx1+484kJ/mol=

170kJ/mol；

(2)根据盖斯定律(①+②)xg可得2H2S(g)+O2(g)=S2(g)+2H2O(g)A//=(-1036+94)kJ/molx1=-314kJ/mol,

因此，克劳斯工艺的总反应是放热反应；根据硫化氢分解的化学方程式可知，高温热分解方法在生成单质

硫的同时还有氢气生成。因此，高温热分解方法的优点是：可以获得氢气作燃料；但由于高温分解H2s会

消耗大量能量，所以其缺点是耗能高；

(3)假设在该条件下，硫化氢和氢的起始投料的物质的量分别为Imol和4mol,根据三段式可知：

2H?S(g)US式g)+2H式g)

始/mol100

变/molX0.5xX

平/mol1-X0.5xX

平衡时H2s和H2的分压相等，则二者的物质的量相等，即l-x=x,解得x=0.5,所以H2s的平衡转化率

2

、，/口、—x1OOkPax(-x1OOkPa)

为竽x100%=50%,所以平衡常数Kp=p(S?)xp(H2)5.255.25

~4.76kPa；

P2(HS)05,

2(525X100^a)

(4)①由于正反应是体积增大的可逆反应，n(H2S):n(Ar)越小，H2s的分压越小，相当于降低压强，平衡向正

反应方向移动，因此H2s平衡转化率越高；

②n(H2S):n(Ar)越小，H2s平衡转化率越高，所以n(H2S):n(Ar)=1:9对应的曲线是d；根据图像可知n(H2S):n(Ar)

=1:9反应进行到0.1s时H2s转化率为0.24。假设在该条件下，硫化氢和氟的起始投料的物质的量分别为

Imol和9mol,则根据三段式可知

2H2s(g)干之S式g)+2H2(g)

始/mol100

变1mol0.240.120.24

平/加川0.760.120.24

此时H2s的压强为--------：---------xl(X)Z:Pa=7.51kPa,H2s的起始压强为lOkPa,所以H2s分压的平均

0.76+0.12+0.24+9

WkPa-1.5\kPa

变化率为=24.9kPa-s-Io

0.15

圜题雨圈

【命题意图】

该类试题往往以某个信息为主，围绕某种元素的化合物展开，结合图表信息，综合考查化学原理的知识,

一般会同时涉及化学反应中的能量变化、化学反应速率和平衡、溶液中的离子平衡、电化学、化学计算等

知识点，信息量大，难度大；充分考查学生的接受信息能力、知识迁移运用能力、解决实际问题的能力及

计算能力。

【命题方向】

化学反应原理综合题涉及的内容主要包括化学反应过程中的焙变、化学能与电能的相互转化、电极反应式

的书写、化学反应速率的定性分析与定量计算、化学平衡移动原理在生产中的应用、化学平衡常数的计算、

反应条件的控制、弱酸弱碱的转化、pH计算、离子浓度大小的比较、离子的共存、难溶物之间的转化等问

题。试题常以选择、填空、读图、作图、计算等形式出现。高考一般以与生产、生活联系紧密的物质为背

景材料出组合题，各小题之间有一定独立性。

预计2023年高考仍然将结合某个特定的工业生产过程，综合考查反应热、热化学方程式、化学反应速率和

化学平衡；考查从图像中获取有效信息，解答与化学反应速率和化学平衡有关的.问题，如反应速率、反应

转化率、产率，提高转化率的措施等；考查从图表或图像中获取信息，计算转化率、平衡常数等。

【得分要点】

1.虽然题目在背景材料上呈现新（或陌生）内容，但内在要求或者核心知识考查不变。如运用化学反应原理、

化学平衡和水解理论、物质制备和分离的知识等观点分析实际生产中的各种问题，我们千万不能被新包装

所迷惑、所吓倒，注意联系生产实际中的各类反应原理，融会贯通，就能解决所有问题.

2.要熟练掌握相关的思想、知识细节、生产原理、工艺设计原理，还有新时期对化学工业原理的新要求，如

循环经济、原子经济、节能环保等方面的要求在工业中的运用。

3.尽管化学反应原理综合题设问较多，考查内容较多，但都是《考试大纲》要求的内容，不会出现偏、怪、

难的问题，因此要充满信心，分析时要冷静，不能急于求成。要总结思维的技巧和方法，答题时注意规范

细致。再者是该类题的问题设计一般没有递进性，故答题时可跳跃式解答，千万不能放弃。

化学平衡图象解答原则

（1）解题思路

厩前一明确图像要描述的含义或者考查方程式的

叵四r特点，了解题目要求解决的问题。

国国］一明确横纵坐标的含义;

总分析曲线变化趋势及其原因,联想相关知

萼T识解答问题：

回图一根据要求选出或写出正确答案。

（2）解题步骤

.一看面（纵、横坐标的意义）

二看线（线的走向和变化趋势）

看图像I-三看点（起点、拐点、终点）

四看辅助线（如等温线、等压线、平衡线）

.五看量的变化（如浓度变化、温度变化）

联想平衡移动原理，分析条件对反应速率、

化学平衡移动的影响

利用原理.结合图像，分析图像中所代表反应

速率变化或化学平衡的线.作出判断

以可逆反应aA（g）+%B（g）KC(g)为例:

（1）“定一议二''原则

在化学平衡图象中，包括纵坐标、横坐标和曲线所表示的意义三个量，确定横坐标所表示的量后，讨论纵

坐标与曲线的关系或确定纵坐标所表示的量，讨论横坐标与曲线的关系。如图：

C%1c%

Pl（或TI）

V>-△（或P2）/^P2（或%）

JT*）

0^Mr）oT（或p）

这类图象的分析方法是“定一议二”，当有多条曲线及两个以上条件时，要固定其中一个条件，分析其他条件

之间的关系，必要时，作一辅助线分析。

（2）“先拐先平，数值大”原则

在化学平衡图象中，先出现拐点的反应先达到平衡，先出现拐点的曲线表示的温度较高（如图A）或表示的压

强较大（如图B）o

图A表示乃>八，正反应是放热反应。

图B表示pi<p2,A是反应物，正反应为气体总体积缩小的反应，即〃+6>c。

1.（2022.河南郑州•三模）丙烯（C3H6）是石油化工行业重要的有机原料之一，主要用于生产聚丙烯、二氯丙

烷、异丙醇等产品。回答下列问题：

⑴丙烷脱氢制备丙烯。由图可得C3H8（g）=C3H6（g）+H?（g）AH=kJ-mol'c

0反应过程0反应过程

（2）将一定浓度的CO2与固定浓度的C3H8通过含催化剂的恒容反应器发生脱氢反应。经相同时间，流出的

C3H6、CO和H2浓度随初始CO2浓度的变化关系如下图所示。C（H2）和C（C3H6）变化差异的原因为（用

化学方程式表示）。

(3)已知Arrhenius经验公式为Rlnk=RlnA-下怎为活化能，k为速率常数，R、A为常数)。丙烷脱氢制备丙

烯反应在某条件下的Arrhenius经验公式的实验数据如图中曲线a所示，其活化能为当其

实验数据发生变化如图中b线所示，则可能的原因是。

T

¥

,

o

E

r

5

u

2

(4)工业上用丙烯加成法制备1,2-二氯丙烷(CH2cleHC1CH3),副产物为3-氯丙烯(CH2=CHCH2C1),反应原

理为：

①CH2=CHCH3(g)+Cb(g)TCH2cleHClCH3(g)

②CH2=CHCH3(g)+C12(g)-CH2=CHCH2cl(g)+HCl(g)

一定温度下，向恒容密闭容器中充入等物质的量的CH2=CHCH3和C12发生反应，容器内气体的压强随时间

的变化如下表所示。

时间/min060120180240300360

压强/kPa8074.269.265.261.65858

该温度下，若平衡时HC1的体积分数为10%。此时CH2=CHCH3的转化率为。反应①的压力平衡

常数Kp=kPa」(保留小数点后2位)。

(5)一定条件下，CH3cH=CH2与HC1发生反应有①、②两种可能，反应进程中的能量变化如图所示。

保持其他条件不变，若要提高产物中CH3cH2cH20(g)的比例，可采用的措施是。A.适当提高反应

温度B.改变催化剂

C.适当降低反应温度D.改变反应物浓度

2.(2022.河北衡水中学一模)近年来，改善环境是科学研究的重要课题，对于实现碳循环及废气资源的再

利用经济技术的发展都具有重要意义。

I.利用cc>2与CH4制备合成气co、a2Q可能的反应历程如图所示:

CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)

(当)

说明：C（ads）为吸附性活性炭，E表示方框中物质的总能量（单位：kJ）,TS表示过渡态。

（1）制备合成气CO、电总反应的热化学方程式为。

（2）若£4+£尸£3+七，则决定制备“合成气”反应速率的化学方程式为。

⑶已知E1<Es，以CO2与CH.发生总反应生成CO、也为背景向密闭容器中充入等体积的CO2和CH4,测

得平衡忖压强对数lgp（CC>2）和1即（乩）的关系如图所示。

①T,T2（填，“y”或“=”）。

②工时，p“CO）与p（CH4）的比值是。

H.利用高效催化剂处理汽车尾气中的NO的反应为2NO（g）+2CO（g）Ql2（g）+2CO2（g）。

（4）一定温度下，在体积为1L的恒容密闭容器中加入ImolCO和ImolNO发生上述反应，部分物质的体积

分数中随时间t变化如图所示。

6

5

o.

ao.4

wo.a

os.3

w/0.25)

S2

1

3().12J

/b

曲线b表示物质的（p-t关系，正反应速率V&）v（tj（填或"="），若起始压强为p。,

则该反应温度下Kp=（分压=物质的量分数X总压，用含P。的式子表示）。

（5）可用如图装置将雾霾中的NO、SO,转化为（NHJ2SO.则阴极的电极反应式为。

——[3----

（NH6SO,浓溶液

+A

_____itl________

SO、Y二二二二二>N0

J

♦、（NHRS萨O1稀溶液।

3.(2022•北京•北大附中三模)实现二氧化碳选择性、稳定性加氢合成甲醇是“甲醇经济'’理念下的一个重要

成果。由CCh和H2合成CH30H的反应过程如下：

I.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)△Hi=+40.9kJmol-'

1

n.CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)△H2=-90.4kJmol-

回答下列问题:

(1)如图是一种特定条件下反应I机理中的第一步变化，则碳原子的杂化类型从一变为一。

coH0\Z°

C

------->

*+e)

⑵写出由CO2和H2合成CH30H的热化学方程式为。

(3)恒压条件下，按n(CO2)：n(H2)=l：3投料时，该反应在无分子筛膜和有分子筛膜时甲醇的平衡产率随温

度的变化如图所示。(分子筛膜能选择性分离出H2O)

△有分子筛膜

•无分子筛膜

①根据图中数据，恒压条件下采用有分子筛膜时的最佳反应温度为一

②有分子筛膜时甲醇产率高的原因是

(4)不同压强下，依然按n(CO2)：n(H2)=l：3投料,测定CO2的平衡转化率和CH30H的平衡产率随温度的

变化关系如图所示。

MS

图甲

已知：CO2的平衡转化率=•一3-x100%

n(CO1初始

CH30H的平衡产率=17^v^xl00%

nW)初始

①压强：pip2(域>”“=”或“<”)，判断依据是«

②纵坐标表示CCh平衡转化率的是图一(填“甲”或"乙

③图乙中Ti温度时，两条曲线几乎交于一点的原因是一。

6.(2022•安徽•模拟预测)I.对温室气体二氧化碳的处理是化学工作者实现“碳中和”重点研究的课题，一种

新的循环利用方案是用Bosch反应CO2(g)+2H2(g)脩2!C(s)+2H2O(g)AH。

(1)①已知：CCh(g)和EhCXg)的生成焰为-394kJ/mol和-242kJ/mol,则AH=kJ/mol,(生成焙是一

定条件下，由其对应最稳定单质生成1mol化合物时的反应热)。

②若要此反应自发进行，(填“高温”或"低温”)更有利。

(2)NOX的含量是空气质量的一个重要指标，减少NOx的排放有利于保护环境。在密闭容器中加入4molNH3

和3moiNO2气体，发生反应：8NH3(g)+6NO2(g)峰为7N2(g)+12H2O(g)AH<0,维持温度不变，不同压

强下反应经过相同时间，NCh的转化率随着压强变化如图所示，下列说法错误的是。

0o

%

/8o

沸

76o

)

?4o

Z

O2O

Z

90095010001050110011501200

压强/kPa

A.反应速率：b点v“>a点v逆

B.容器体积：Vc：Vb=8：9

C.在时间t内，若要提高NO2的转化率和反应速率，可以将H2O(g)液化分离

D.维持压强980kPa更长时间，NCh的转化率大于40%

II.活性炭还原法也是消除氮氧化物污染的有效方法，其原理为：2C(s)+2NO2(g)喳9N2(g)+2CO2(g)AH<0

(3)某实验室模拟该反应，在2L恒容密闭容器中加入足量的C(碳)和一定量NCh气体，维持温度为T/C,反

应开始时压强为800kPa,平衡时容器内气体总压强增加30%,则用平衡分压代替其平衡浓度表示化学平衡

常数Kp=kPa［已知：气体分压(p分)=气体总压(p总)x体积分数］。

(4)已知该反应的正反应速率方程v—k#-p2(NO2),逆反应速率方程为v『k逆-p(N2)-p2(CO2),其中k,E、k逆

分别为正逆反应速率常数，则如图(Igk表示速率常数的对数，孑表示温度的倒数)所示a、b、c、d四条斜线

中能表示Igkm随"变化关系的斜线是,能表示Igk逆随器变化关系的斜线是。若将一定量的

C(碳)和NCh投入到密闭容器中，保持温度「℃、恒定在压强800kPa发生该反应，则当NO2的转化率为40%

IgA-

a

下I

-----------------»斤

5.(2022♦安徽•合肥市第八中学模拟预测)甲醇是重要的化工原料，可以使用多种方法制备甲醇。

(1)利用CO和H2合成甲醇，已知在一定温度和压强下，发生如下反应：

@H2(g)+^O2(g)=H2O(l)AH尸a

②2co(g)+C)2(g)U2cO?(g)AH,=b

3

@CH3OH(g)+^O2(g)^CO2(g)+2H2O(l)AH,-c

则：CO(g)+2H2(g)TCHQH(g)AH=。向密闭容器中按物质的量之比1:2充入CO和H2,在催

化剂的作用下合成甲醇，测得平衡时混合物中CH30H的体积分数在不同压强下随温度的变化如图甲所示。

下列说法不正确的是o

空

紧

会80

还

及

总

H

O

X

0

400450500温度/七

甲

A.该反应的pi>p2

B.反应速率：v逆(反>Vjs(B)

C.A、B、C的平衡常数大小：K(A)>K(B)=K(C)

D.若pi时最初充入ImolCO,经过5min达到B点的平衡状态，则v(CH.QH)=0.175molL】min」

⑵利用CO2和H2合成甲醇，在催化剂Cu/ZnO作用下可发生如下两个平行反应。反应I：CO2(g)+

3H2(g)-CH30H(g)+H20(g)反应II：CO2(g)+H2(g)iCO(g)+H2O(g);温度对CO2转化率及甲醇和CO产率的

影响如图乙所示。

①由图乙判断合成CH30H最适宜的温度是。

②由图可知，温度升高CH30H产率先升高后降低，降低的可能原因是。

③下列措施有利于提高C02转化为CH30H的平衡转化率的有。

A.增大体系压强

B.提高CO2和H2的投料比

C.体积和投料比不变，提高反应物浓度

(3)利用CEU与02在催化剂的作用下合成甲醇。主反应：CH"g)+；02(g)iCH30H(g),副反应：CH4(g)+

202(g)-CO2(g)+2H2O(g)。在温度为T℃、压强为PKPa条件下，向容器中充入2moicH』、ImolCh和6molH2O,

充分反应达平衡时CK的转化率为50%,产物的选择性(如甲醇的选择性=仆uculec、)如图丙所示:

LU.

丙

①求平衡时02的物质的量为

②主反应的相对压力平衡常数K；=o(用含P和po的计算式表示。K；表达式写法：在浓度平衡

常数表达式中，用相对分压代替浓度。气体的相对分压等于其分压除以po)

6.(2022•陕西•西安中学模拟预测)利用CO或CO?和H2反应都可以制取甲醇。

⑴已知：CO2(g)+H2(g)^CO(g)+2H2O(g)AH/=+41kJ-moH

CO2(g)+3H2(g)#CH3OH(g)+H2O(g)A//2=-49kJ-mor'

则反应CO(g)+2H2(g)=CH30H(g)\H=。可以在______进行(填序号)。

A.高温自发B.低温自发C.高、低温均能自发D.高、低温均不自发

⑵利用反应CO(g)+2H2(g);CH3OH(g)AH合成甲醇。「C时向固定容积的密闭容器中充入CO、H2,反应到

t时刻测得各组分的浓度如下：

物质

H2COCH3OH

浓度/molL」0.200.100.40

①如果该反应的平衡常数K=160,比较t时刻正、逆反应速率的大小：v正______u以填">“、"<”或"=")。

②要提高CO的转化率，可以采取的措施是(填序号)。

A.加入催化剂B.增大CO的浓度C.通入惰性气体D.通入H2E.分离出甲醇

(3)T℃时，向恒容密闭容器中充入CO?和H2,发生反应CCh(g)+3H2(g)=CH.QH(g)+H2O(g)

①如果C02和H2的起始浓度分别为amolL」和3amol-L',反应平衡时CH30H的产率为b,则该温度下该

反应的平衡常数长=（用含a、b的表达式表示）。

②在使用不同催化剂时，相同时间内测得C02的转化率随温度的变化如下图所示。

则催化效果最佳的是催化剂（填“I"、"H”或“III"）。如果a点已经达到平衡状态，则b点的vv

迎（填“>”、"v”或“="），c点转化率比a点低的原因是o

7.（2022•江西新余•二模）五氧化二碘是一种重要的工业试剂，常温下为白色针状结晶，可用于除去空气中

的一氧化碳。回答下列问题：

⑴已知:2l2（s）+5O2（g）=2I2O5（s）AHi=-75.6kJ/molI

l2O5（s）+5CO（g）^^5CO2（g）+l2（s）△H2=-1377.2kJ/molII

则表示co燃烧热的热化学方程式为。

（2）结合反应I和反应n分析，L在co转化为co?的反应中所起的作用是。

（3）10℃时，某恒容密闭容器中充有足量的12。5,向该容器中充入CO发生反应II,平衡时CO2与充入CO

的物质的量关系如图1所示。若降低温度，0值__________（填“增大”"减小''或"不变”，下同）：压缩容器体

积，e值___________o

（4）20℃时向装有足量1205的2