2021高考化学原理题解析及关联题

一道原理题的解析及思考

1.汽车尾气中含有CO、NQ,等有毒气体，对汽车加装尾气净化装置，可使有毒气

体相互反应转化为无毒气体。

-1

(1)已知4CO(g)+2NO2(g)^=^4CO2(g)+N2(g)\H=~1200kJ-mol

①对于该反应，改变某一反应条件(温度TAT。下列图像正确的是(填序

号)。

②某实验小组模拟上述净化过程，一定温度下，在2L的恒容密闭容器中，起始时

按照甲、乙两种方式进行投料，经过一段时间后达到平衡状态，测得甲中CO的转化率

为50%,则该反应的平衡常数为；两种方式达平衡时，刈的体积分数：甲

乙(填“>”或“不确定”，下同)，NO2的浓度：甲______乙。

甲乙

0.2molNO20.1molNO2

0.4molCO0.2molCO

(2)柴油汽车尾气中的碳烟(C)和NO,可通过某含钻催化剂催化消除。不同温度下,

将模拟尾气(成分如下表所示)以相同的流速通过该催化剂测得所有产物(CO2、N2、N2O)

与NO的相关数据结果如图所示。

气体(10mol)

模拟尾气碳烟

He

NOo2

物质的量(mol)0.0250.59.475a

1

更

萦%

650/

金

繇

用543

£0

次

眼4S

30

客A

S3

2强

O0X

U16K

1

6.2J03

及8/

丁0O

3.015ON

2002503003504004500(

靠375

温度/t

①375℃时，测得排出的气体中含().45mol。2和().0525molC()2,则Y的化学式

为。

②实验过程中采用NO模拟NO*,而不采用NO2的原因是o

解析：(1)①A.已知Ti>T2,由八到72为降温，反应速率应减小，图像与实际不符，

故A错误；B.利用“先拐先平数值大”的原则，根据图中显示可得TWA,图像与实际

不符，故B错误；C.增大压强反应向体积减小的方向移动，即正反应方向移动，CO2

的体积分数增大；保持压强不变，降低温度，反应向放热的方向移动，即正反应方向移

动，CO2的体积分数增大，图像与实际相符合，故C正确；D.平衡常数只与温度有关，

改变压强平衡不移动，图像与实际相符合，故D正确。

V,

②设甲中达到平衡状态时CO的变化量为xmol,则dm[=50%,可得x=0.2mol,

根据反应

4CO(g)+2NO2(g)--WCO2(g)+N2(g)

初始(mol)0.40.200

变化(mol)0.2().10.20.05

平衡(mol)0.20.10.20.05

0.05Kz/O.2\’

则该反应的平衡常数K=_丁")_=10

(¥)2x(¥),o

甲的投料是乙的两倍，条件不变的情况下，两种方式达平衡时，甲中N2的体积分

数大于乙的，甲中NO2的浓度大于乙的；

①图中参与反应生成X和Y的一氧化氮的物质的量为0.025molX(8%+16%)=0.006

mol,

模拟尾气中Ch的物质的量为0.5mol,测得排出的气体中含0.45molO2,说明实际参与

反应的氧气的物质的量为0.05mol,

同时测得0.0525molCO2,

根据氧原子守恒，可知一氧化二氟的物质的量为0.05X2+0.006—0.0525X2=0.001

mol.

2

根据氮原子守恒可知氨气的物质的量为5X(O.OO6-O.O()1X2)mol=0.002mol,

所以16%对应的是氮气，而8%对应的是一氧化二氮，即Y对应的是N2O;

②实验过程中采用NO模拟NO*,而不采用NO2的原因是NO2中存在

的平衡体系，NCh气体中存在N2O4,不便于定量测定。

答案：(1)①CD②10>>⑵①N2O②2NOzK^N2O4,NO2气体中存

在N2O4,不便于定量测定

2.将固体NHU置于密闭容器中，在一定温度下发生下列反应：①NHJ(s)・iNHKg)+

-1-

Hl(g),②2HI(g)u^H2(g)+l2(g)。达到平衡时：C(H2)=0.5mol•L,c(HI)=4mol•L*,

则此温度下反应①的平衡常数为。

解析：由平衡时H2的浓度，可求得反应②分解消耗HI的浓度，c分mHI)=0.5moi・L「X2

=1mol•L-1,故①式生成c(HI)=c平街(HI)+c分解(HI)=4mol•f'+lmol•L-I=5mol«L

r，则c平街(NH3)=5moi根据平衡常数表达式K=c平街(NH3)•c平街(HI)=5X4=2()。

3.(2020届福建省厦门市高三质检)乙烯、环氧乙院是重要的化工原料，用途广泛。回答

下列问题：

0

已知：I.2CH2=CH2(g)+C>2(g)F=i2(g)△Hi=-206.6kJ«mol-1

II.CH2=CH2(g)+3O2(g)=2CO2(g)+2H2O(1)AH2

△H3

(1)反应III：ZkS(填或"=")_0。

(2)热值是表示单位质量的燃料完全燃烧时所放出的热量，是燃料质量的一种重要指标。

已知乙烯的热值为50.4kJ.g-1,则4113=_kJ«mol'

（3）实验测得2cH2=CH2（g）+O2（g）

・c2(CH2=CH2)・c(O2)(k正、k逆为速率常数，只与温度有关)。

①反应达到平衡后，仅降低温度，下列说法正确的是

A.k正、k逆均增大，且k正增大的倍数更多

B,k正、k逆匀减小，且k正减小的倍数更少

C.卜正增大、k逆减小，平衡正向移动

D.卜正、k逆均减小，且k逆减小的倍数更少

3

②若在1L的密闭容器中充入lmolCH2=CH2(g)和ImoKh(g),在一定温度下只发生反应L

经过lOmin反应达到平衡，体系的压强变为原来的0.875倍，则0~10min内v(Ch)=___,丁，士

k正

=___O

(4)现代制备乙烯常用乙烷氧化裂解法：

l

C2H6(g)+yO2(g)=C2H4(g)+H2O(g)△H2=-110kJ«mor,反应中还存在CH4、CO、CO2

等副产物(副反应均为放热反应)，图1为温度对乙烷氧化裂解反应性能的影响。

¥

r

e

哨

①乙烷的转化率随温度的升高而升高的原因是一;反应的最佳温度为一(填序号)。

A.650℃B.700℃C.850℃D.90()℃

［乙烯选择性="、u」「口」…小、；乙烯收率=乙烷转化率X乙烯选择性］

n(C2H4)+n(CH4)+n(CO)+n(CO2)

②工业上，保持体系总压恒定为lOOkPa的条件下进行该反应，通常在乙烷和氧气的混合气

体中掺混惰性气体(惰性气体的体积分数为70%),掺混惰性气体的目的是

3.【答案】(1)V(2)-2615.8

(3)①B②0.025mol-L^min-10.75

(4)①温度升高，反应速率加快，转化率升高C

②正反应是气体分子数增多的反应，恒压充入惰性气体相当于扩大容器体积，降低分压，

有利于平衡正向移动

【解析】(1)反应HI是体积减小的反应，因此＜0；故答案为：V。

(2)已知乙烯的热值为50.4kJ-g',则△出=一1411.2江1«0厂将第II个方程式的2倍减去

第I个方程式得到III,则△H3=-26158mol?故答案为：一26158mo|T。

4

(3)①该反应是放热反应，反应达到平衡后，仅降低温度，速率降低，卜正、k逆匀减小,

平衡向放热方向即正向进行，正反应速率大于逆反应速率，因此k正减小的倍数更少；故答

案为：Bo

0

2CH2=CH2(g)+O2(g)—=2A(g)

②开始：ImolImol0

转化：2xmolxinol2xinol

平衡：(1—2x)mol(1-x)inol2xmol

1—2X+1—X+2X八,

-------------------------=0.875,x=0.25mol,贝!j0~10min内

An0.25mol八八”[1.,«,()、，

v=--------=-----------------=0.025mol-L-min,k逆/(/\)=k正/①!!?=CH2)・c(()2),

V-AtlLxlOminL_

,0.5、20.75

k、(-j-)

—=1—―=0.75；故答案为：0.025mobL^min1；0.75«

k正(空产

1

(4)①由图可知，随温度的升高，乙烷的转化率再升高，考虑化学反应速率的影响因素，

温度升高，反应速率加快，转化率升高；根据图中要使乙烷的转化率尽可能高，而副产物

又相对较少，及乙烯的选择性较高，应找到乙烯收率较高时的温度，对应温度为850C；故

答案为：温度升高，反应速率加快，转化率升高；850℃.

②工业上，保持体系总压恒定为lOOkPa的条件下进行该反应，通常在乙烷和氧气的混合气

体中掺混惰性气体(惰性气体的体积分数为70%),掺混惰性气体的目的是正反应是气体分

子数增多的反应，恒压充入惰性气体相当于扩大容器体积，降低分压，有利于平衡正向移

动；故答案为：正反应是气体分子数增多的反应，恒压充入惰性气体相当于扩大容器体积，

降低分压，有利于平衡正向移动。

4.12020山东高考-18].探究CH30H合成反应化学平衡的影响因素，有利于提高CH30H

的产率。以CO2、氏为原料合成CH30H涉及的主要反应如下：

1

I.CO2(g)+3H2(g)QCH3OH(g)+H2O(g)；AHI=—49.5kJ-mol

II.CO(g)+2H2(g)口CH30H(g)；A//2=—90.4kJ-moP1

DI.C(h(g)+H2(g)口CO(g)+H2O(g)；

回答下列问题：

(1)AW3=kJ-mol'*<>

(2)一定条件下，向体积为VL的恒容密闭容器中通入1molCCh和3mol由发生上

述反应，达到平衡时，容器中CH30H(g)为amol,CO为5mol,此时HzO(g)的浓度为_

mol【J(用含a、b、丫的代数式表示，下同)，反应IK的平衡常数为o

5

(3)不同压强下，按照H(CO2)：n(H2)=l：3投料，实验测定CCh的平衡转化率和CH

30H的平衡产率随温度的变化关系如下图所示。

图甲图乙

已知:CO2的平衡转化率="9"羔:C。。生X100%；CH30H的平衡产率=〃(CH9H)平衡xlOO%

4初始"(LU?)初始

其中纵坐标表示CO2平衡转化率的是图___________(填“甲”或"乙”)；压强pi、P2、P3由大

到小的顺序为；图乙中T1温度时，三条曲线几乎交于一点的原因是

(4)为同时提高CO2的平衡转化率和CHjOH的平衡产率,应选择的反应条件为(填

标号)。

A.低温、高压B.高温、低压C.低温、低压D.高温、高压

.gd.a+bb(a+b)

乙、、

4.【答案】(1),+40.9(2).0).(1.a.b)(3.3a.b)(4).(5).pip2

P3脩).n时以反应m为主，反应m前后气体分子数相等，压强改变对平衡没有影响

⑺.A

【解析】

1

(1).根据反应1+11=111,则AH3=AWi+AH2=-49.5kJ-niol-'+(-90.4kJ・mol“)=+40.9kJ-mol'；

(2).假设反应n中,CO反应了xmol,则n生成的CH30H为xmol,I生成的CH30H为(a-x)mol,

CO,(g)+3H,(g)目丽CH30H(g)+H,O(g)匚.

HI生成CO为(b+x)moL根据反应I：,反应II：

a-x3(a-x)a-xa-x

CO(g)+2H2(g)ggaCH,OH(g)CO,(g)+H,(g)§®CO(g)+H2O(g)

,反应in：,所以平衡时水的

X2xXb+xb+xb+xb+x

物质的量为(a・x)mol+(b+x)mol=(a+b)mol,浓度为:=；平衡时CCh的

VLV

物质的量为lmol・(a・x)mol・(b+x)mol=(l・a・b)mol,Hi的物质的量为

3mol-3(a-x)mol-2x-(b+x)mol=(3-3a-b)mol,CO的物质的量为bmoh水的物质的量为

6

ba+b

——x---

(a+b)mol,则反应HI的平衡常数为：2;

1-a冷-B3-喘Jd-D=%(1-a-誉b)x淤(3-3a-b)

----x------

VV

(3).反应I和H为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，则CHQH的平衡产率减少，所以

图甲表示CH30H的平衡产率，图乙表示CO2的平衡转化率。图乙中开始升高温度，由于

反应I和H为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，CCh的平衡转化率降低，反应III为吸

热反应，升高温度反应HI向正反应方向移动，升高一定温度后以反应HI为主，CO2的平

衡转化率又升高，所以图乙表示CO2的平衡转化率；压强增大，反应1和II是气体体积减

小的反应，反应I和II平衡正向移动，反应III气体体积不变化，平衡不移动，故压强增大

CH30H的平衡产率增大，根据图所以压强关系为：Pl>P2>P3；温度升高，反应I和II平衡

逆向移动，反应III向正反应方向移动，所以Ti温度时，三条曲线交与一点的说明了当温

度定时，改变压强对CO2的平衡转化率无影响，逆推出只有反应III改变压强对CO2的平

衡转化率无影响，故Ti时以反应III为主，反应HI前后分子数相等，压强改变对平衡没有

影响；

(4).根据图示可知，温度越低，CO2的平衡转化率越大，CH30H的平衡产率越大，压强越

大，CCh的平衡转化率越大，CH30H的平衡产率越大，所以选择低温和高压，答案选A。

5.12021江西第二次大联考】.乙烯是现代工业的重要原材料，研究工业制取乙烯有重要的

意义。

(1)工业上用CO?氧化C2H6制C2H4是化工工业的一个新课题，相关主要化学反应有：

I.C2H6(g)+CO2(g)C2H4(g)+H2O(g)+CO(g)AHi

1

II.C2H6(g)+2CO2(g)4CO(g)+3H2(g)AH2=+430kJmol-

反应的能量变化图如图所示：

-150

-200

尸25o

0_一

乒30o/V300

3_二、%：HKg)+CO(g)+而)

«/

_35oX-Z.-341

卷GH&)+H式g)+co式g)

_40O

-500GH«(g)+CO式g)

反应过程

1

①C2H6(g)+2CO(g)+3H2(g)目呢2c2H4(g)+2H2O(g)AH=kJ-mol

②反应n不利于反应i中乙烯生成的原因是；一定温度和压强下，为了提高反应

速率和乙烯的选择性，应当_______O

7

③容器体积为l.oL,控制C2H6和CO2初始投料量为2moi和3mol,乙烷的平衡转化率、

乙烯I的选择性与温度、压强的关系如图所示。

s

转成为乙烯所消耗乙烷的量

（乙烯的选择性=）

乙烷的总转化量

则X代表（填“温度”或“压强”）必和L2哪个大？并请说出理由:

M点反应I的平衡常数为（结果保留2位有效数字）。

（2）工业上也可用甲烷催化法制取乙烯，反应如下：2CH4（g）目呢C2H4（g）+2H2（g）

AH>0,温度T时，向2L的恒容反应器中充入2moic出，仅发生上述反应，反应过程中

的物质的量随时间变化如图所示：

X

0"min

2

实验测得v正=1<正。2（CH）ViE=kiSc（C2H。-c（H2）,女正、ka；为速率常数，只与温度

有关，T温度时k正与k逆的比值为；若将温度升高，速率常数增大的倍数：k正

卜迎（填”或“V”）。

答案：（D①-76（2分）

②反应n有co生成，co浓度增大使反应I平衡逆向进行，乙烯的产率减小（其他

答案合理也可酌情给分）（2分）；选择合适的催化剂（2分）

③温度a分）；L代表压强，I、n的正反应均为体积增大的反应，增大压强，I、

II反应均逆向进行，乙烷的转化率减小，故L2>L]（其他答案合理也可）（2分）；0.57（2

分）

（2）（2分）；>（