2021届高考化学考点突破：化学反应原理大综合 （解析版）

化学反应原理

1.清洁能源的开发、废水的处理都能体现化学学科的应用价值。

I.工业上可利用C02来制备清洁燃料甲醇，有关化学反应如下：

-1

反应A；C02(g)+3H2(g)-CH30H(g)+H20(g)△上=一49.6kJ・mol

-1

反应B：C02(g)+H2-H2O(g)+CO(g)AH2=+41kJ«mol

(1)写出用CO(g)和L(g)合成CH30H(g)反应的热化学方程式：

⑵反应A可自发进行的温度条件是(填“低温”或“高温”)。

⑶写出两个有利于提高反应A中甲醇平衡产率的条件o

(4)在Cu—ZnO/ZrOz催化下，CO2和小混和气体，体积比1：3,总物质的量

amol进行反应，测得CO2转化率、CIWH和C0选择性随温度、压强变化情况分别

如图所示(选择性：转化的CO?中生成CH3OH或C0的百分比)。

温度对反应的影响压强对反应的影响

①由上图可知，影响产物选择性的外界条件是O

A.温度B.压强C.催化剂

②如图中M点温度为250℃,C02的平衡转化率为25%,该温度下反应B的

平衡常数为(用分数表示)。

II.实验室模拟“间接电化学氧化法”处理氨氮废水中NH；的装置如图所示。

以硫酸镂和去离子水配制成初始的模拟废水，并以NaCl调节溶液中氯离子浓度,

阳极产物将氨氮废水中的NH；氧化成空气中的主要成分。

⑸阳极反应式为__________________________________

(6)除去NH；的离子反应方程式为

【答案】(1)C0(g)+2H2(g)=CH30H(g)△H=-90.6kJ・molT(2)低

温

(3)增大压强，适当降温，及时分离出产物(乩0或CLOH)

(4)AB1/60

(5)2Cl--2e-=CI21

+

(6)2NIT+3cb=8H+N21+6Cr

【解析】I.(D反应A：C02(g)+3H2(g)OCH30H(g)+lW(g).

-1-1

49.6kJ•mol,反应B：C02(g)+H2^^H20(g)+C0(g)AH2=+41kJ•mol,根

1*456

据盖斯定律，将A-B得：C0(g)+2H2(g)=CH30H(g)AH=(-49.6kJ•mor)-(+

1-1

41kJ•mol_)=-90.6kJ•mol,故答案为：C0(g)+2H2(g)=CH30H(g)AH=-

90.6kJ・mor1；

1

⑵对于反应C02(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H20(g)AHF-49.GkJ-mor,AH<0,

AS<0,如反应能自发进行，应满足△『一△$<(),低温下即可进行，故答案为:

2

低温;

1

(3)C02(g)+3H2(g)CH30H(g)+H20(g)AH^-49.GkJ^mor,由化学计量

数可知，增大压强，平衡正向移动；正反应为放热反应，降低温度，平衡正向移

动；及时分离出产物(玲。或CL0H),平衡也正向移动，这些措施均有利于提高甲

醇的产率，故答案为：增大压强，适当降温，及时分离出产物(乩0或CR0H)；

(4)①根据温度和压强对反应的影响曲线图可知，反应A为放热反应，反

应B为吸热反应，改变温度，平衡一定移动，说明温度影响产物的选择性；增大

压强，反应A正向移动，甲醇的产率增大，说明压强影响产物的选择性，因此温

度和压强对产物的选择性均有影响，加入催化剂，平衡不移动，不会影响产物的

选择性，故答案为：AB；

②在Cu-ZnO/ZiU催化下，CO2和此混合气体，体积比1：3,总物质的量amol

进行反应，250℃时，反应A和B达到平衡，平衡时容器体积为VL,CO2转化率为

25%,根据温度对反应的影响曲线可知，CH30H和CO选择性均为50%,由方程式

可知，消耗的二氧化碳的物质的量n(C02)qX25%mol=2nol,剩余二氧化碳的物

质的量为净。1,生成CH30H和C0共海01,分别为彖nol,生成“庆。)脸!!。1,两

个反应消耗氢气的物质的量为急。IX3+施。1=苏。1,则剩余氢气的物质的量为

aa

—mol—mol

1632

；

^4molH-^oHl=^nol,则反应B的平衡常数K*c(CO)c：(H察}Ja3'baXbU故答案为：

\?\?"—mot——mol

168

------X------

VLVL

1

60；

II.(5)阳极发生氧化反应，氯离子放电生成氯气，电极反应式为：

2Cr-2e=Cl21,故答案为：2Cr-2e=Cl21；

3

(6)氯气具有氧化性，铁根离子中氮是-3价，具有还原性，能够被氯气氧

+

化成氮气,氯气得电子生成-1价的氯离子,反应的离子方程式为2^4+3€12=8^+^

++

t+6Cr,故答案为:2NH4+3C12=8H+N21+6CKo

2.中科院一项最新成果实现了甲烷高效生产乙烯，甲烷在催化作用下脱氢,

在气相中经自由基偶联反应生成乙烯，其反应如下：2CH4(g)=TCHKg)

+2H2(g)AH>0

化学键H—Hc—HC=Cc—c

E(kJ/mol)abcd

(1)已知相关化学键的键能如上表，甲烷制备乙烯反应的AH=

(用含a.b.c.d的代数式表示)。

(2)T1温度时，向1L的恒容反应器中充入2moic比，仅发生上述反应，反应过

程中0~15minQh的物质的量随时间变化如图，测得10-15min时上的浓度为

1.6mol/Lo

①0〜10min内CIL表示的反应速率为mol/(L•min)0

②若图中曲线a、曲线b分别表示在温度刀时，使用质量相同但表面积不同的催

化剂时，达到平衡过程中n(CHJ变化曲线，其中表示催化剂表面积较大的曲线

是(填〃a〃或“b”)。

③15min时,若改变外界反应条件，导致n(CH。发生图中所示变化，则改变的条

4

件可能是(任答一条即可)。

(3)实验测得V正=kiEc2(CH4),V逆nkigcG2H4)“2(上)其中K正、K逆为速率常数仅

与温度有关，「温度时k正与K逆的比值为(填数值)。若将温度由「升高

到丁力则反应速率增大的倍数V正V逆(选填或"心),判断

的理由是__________

(4)科研人员设计了甲烷燃料电池并用于电解。如图所示，电解质是掺杂了丫2。3

与Z1U的固体，可在高温下传导0"

①C极的Pt为极(选填“阳”或“阴”)。

②该电池工作时负极反应方程式为o

③用该电池电解饱和食盐水，一段时间后收集到标况下气体总体积为112mL,则

阴极区所得溶液在25℃时pH=(假设电解前后NaCl溶液的体积均为

500mL)o

【答案】(1)+(4b-c-2a)kJ-moL-1

(2)0.16b升高温度或减小压强

(3)12.8>温度升高，女正增大的倍数大于A逆

-2-

(4)阳CH4-8e+40=C02+2H2012

【解析】(1)AH=[2X4b-(c+4b)-2a]kJ-moL-1=+(4b-c-2a)kJ-moL1,答案：+

-1

(4b-c-2a)kJ-moL;

(2)①贝"2)=1：北?=o.i6mo〃(Amin),v(H2)=v(CH4)=0.16mol/(Lemin),答案：0.16；

②催化剂表面积越大，催化效果越好，速率越快，达到平衡所需的时间越短，所

以曲线b的催化剂表面积较大，答案：b；

③15min时，改变外界反应条件，导致n(CH。减小，说明平衡向消耗CH4的方向

5

移动，所以改变的条件可能是升高温度或减小压强，答案：升高温度或减小压强;

(3)2CH4(g)^C2H4(g)+2H2(g)

c始(mol/L)200

Ac(mol/L)1.60.81.6

c末(mol/L)0.40.81.6

Ti温度时，该反应的平衡常数长=世学迪=竺学=128,且达到平衡时有V正

22

C(CH4)0.4

222

=v逆，即k正c?(CH。=k逆c(C2H。.c(H2),贝！Ik正/k逆=(:(C2H。.c(H2)/c(CH4)=K=12.80

该反应为吸热反应，所以升高温度，平衡正向移动，v正〉v逆。答案：12.8；＞；

温度升高，k正增大的倍数大于kg

(4)①甲烷燃料电池，通燃料一极为负极，通氧气一极为正极，所以C极为电

解池的阳极，D极为电解池的阴极；答案：阳；

②根据图示，燃料电池的负极是甲烷生成40和CO?的反应，所以电极反应为CH4

-2--2

-8e+40=C02+2H20,答案：CH4-8e+40-=C02+2H20；

③根据离子方程式2C「+2H2。=2。仁+"21+”1可知，电解一段时间后，共收集到标

准状况下气体112mL,则所得溶液的n(。")=1x⑵=O.OOSmol,

LZZ.zrL/?71Ol

005mO/

c[OH-)-°-0.01mol/LfpH=12；答案：12o

3.丙烯(C3HD是重要的有机化工原料。丙烷直接脱氢制丙烯发生的主要反应及能

量变化如图：

6

回答下列问题：

(1)丙烷直接脱氢制丙烯为强吸热过程，该反应必须在高温下进行，但温度越

高副反应进行程度越大，同时还会降低催化剂的活性和选择性。

①为提供反应所需热量，恒压时若向原料气中掺入水蒸气，则K(主反应)_(填

“增大”、“减小”或“不变”)。

②温度升高，副反应更容易发生的主要原因是。

(2)如图为丙烷直接脱氢法中丙烷和丙烯的平衡体积分数与温度、压强的关系

(图中的压强小、P2分别为1X104Pa和1X1()5pa)。

70

60

50

40

30

20

10

500510520530540550560570580

温度/C

①IXlO,pa时，如图中表示丙烯的曲线是(填“i"、“ii”、“iii”或“iv”)。

②lXl(rpa、500c时，若只发生上述主反应和副反应，则达平衡时，丙烷转化

为丙烯的转化率为—。

(3)为克服丙烷直接脱氢法的缺点，科学家探索出在无机膜反应器中进行丙烷

脱氢制丙烯的技术。在膜反应器中，利用特定功能膜将生成的氢气从反应区一侧

7

有选择性地及时移走。与丙烷直接脱氢法相比，该方法的优点是O

(4)利用CO2的弱氧化性，开发了丙烷氧化脱氢制丙烯的新工艺。该工艺可采用

倍的氧化物为催化剂，其反应机理如图。

已知：CO和&的燃烧热分别为△!!=-283.OkJ/mol>AH=-285.8kJ/molo

①反应(i)的化学方程式为O

②25℃时，该工艺总反应的热化学方程式为o

③该工艺可以有效消除催化剂表面的积炭，维持催化剂活性，原因是O

【答案】(1)增大副反应的活化能低于主反应的活化能

(2)i16.5%

(3)使反应始终未达到平衡状态，突破反应限度，提高丙烯产率，且能保证催

化剂具有较高的活性和选择性

(4)3c曲+2CrO3=3C3H6+Cr203+3H20C3H8(g)+C()2=C3H6(g)+CO(g)

+H20(l)AH=+121.5kJ/mol碳与CO2反应生成CO,脱离催化剂表面

【解析】(1)①丙烷脱氢制丙烯对应的化学方程式为C3H8(g)=C3H6(g)+H2

(g),△Hi=+124.3kJ/moL恒压时向原料气中掺入水蒸气，体积增大，压强减

小，平衡向正反应方向进行，K(主反应)增大，丙烷转化率a(CE)增大，故答案

为：增大；

②副反应活化能小，温度升高，副反应更容易发生，所以副反应更容易发生的主

要原因是：Eai>Ea2,即副反应的活化能低于主反应的活化能，故答案为：副反

应的活化能低于主反应的活化能；

8

(2)①C3H8(g)=C3H6(g)+H2(g),AHF+124.3kJ/mol,温度越高丙烯的体积

分数越大；压强越大平衡逆向进行，丙烯体积分数越小，丙烯是生成物，减压过

程中体积分数增大，由此判断图中表示丙烯的曲线是i,故答案为：i；

②由上图温度和压强对物质体积分数的影响可以看出，IXl(rpa、500℃时，丙

烯的平衡体积分数为14%,丙烷的平衡体积分数为70%,设丙烷起始量为1mol,

转化为丙烯的物质的量为xmoL转化为乙烯与甲烷的为ymol,根据主反应为：

C凡(g)=C3H6(g)+H2(g),副反应：C3Hs(g)=C2H4(g)+CH4(g)可知,反应

后的气体总得物质的量为(l+x+y)mol,则x100%=14%①，

北xioo%=7。嗨,解得x=0.165moL故转化率为胃%x100%=16.5%,故

答案为:16.5%；

(3)利用特定功能膜将生成的氢气从反应区一侧有选择性地及时移走，可以使

反应始终未达到平衡状态，突破反应限度，提高丙烯产率，且能保证催化剂具有

较高的活性和选择性，故答案为：使反应始终未达到平衡状态，突破反应限度，

提高丙烯产率，且能保证催化剂具有较高的活性和选择性；

(4)①图示信息中可以看出，C3H8与Cr03反应生成了C3H6与C0O3,则反应的化

学方程式为：C3H8+2CrO3^^3C3H6+Cr203+3H20,故答案为：C3H8+2Cr()3=^3C3H6

+Cr203+3H20；

②由题意可得H2(g)+1/202(g)=H20(l)△〃=-285.8kJ/mol①；CO(g)+l/202

(g)=C02(g)△，一283.OkJ/mol②；C3H8(g)-C3H6(g)+H2(g)AH=+124.3

kj/mol③，由盖斯定律③-②+①得热化学方程式

CA(g)+CO2^^C3H6(g)+C0(g)+H20(1),则△〃=(+124.3kj/mol)+(-

285.8kJ/mol)一(-283.OkJ/mol)=+121.5kJ/moL故答案为：

9

C3H8(g)+C02^^C3H6(g)+C0(g)+H2O(1)△，=+121.5kJ/mol；

③该工艺中碳与CO2反应生成CO,可以有效消除催化剂表面的积炭，维持催化剂

活性，故答案为：碳与CO2反应生成CO,脱离催化剂表面。

4.二氧化硫是大气的主要污染物之一。催化还原SO?不仅可以消除SO2的污染，

还可以得到工业原料S。燃煤烟气中硫的回收反应为：2CO(g)+SO2(g)

^=^2C02(g)+S(l)AHo

-1

(1)已知：2C0(g)+02(g)===2C02(g)AH^-566.OkJ•mol

-1

S(l)+O2(g)==SO2(g)AH2=-296.8kJ•mol

则硫的回收反应的△!!=kJ-mol-1o

(2)其他条件相同、催化剂不同时，硫的回收反应中SO2的转化率随反应温度的

变化如图所示。260℃时，(填“La2(V、“NiO”或“Ti(V')的催化

效率最高。LazOs和NiO作催化剂均可能使SO2的转化率达到很高，不考虑价格因

素，选择1^03的主要优点是o

/%

哥

学

弗

京

(3)一定条件下，若在恒压密闭容器中发生硫的回收反应，SO2的平衡转化率与

温度、压强的关系如图所示，则Pi、P2>P3、P4由大到小的顺序为;

某温度下，若在恒容密闭容器中，初始时c(CO)=2amol・L，c(S02)=amol-L

，SO2的平衡转化率为80%,则该温度下反应的化学平衡常数为o

1()

(4)某实验小组为探究烟气流速、温度对该反应的影响，用LazOs作催化剂，分

别在两种不同烟气流量、不同温度下进行实验。实验结果显示：在260C时，S02

的转化率随烟气流量增大而减小，其原因是；在380℃时，SO?的转

化率随烟气流量增大而增大，其原因是0

_1

(5)工业上常用Na2s溶液吸收烟气中的S02,将烟气通入1.0mol-L的N2S03

-2

溶液,当溶液pH约为6时，吸收SO2的能力显著下降此时溶液中c(HSO3)c:(SO3

一)=o(已知H2sO3的Kai=1.5X10-2、K^I.OXIO-7)

【答案】(1)-269.2(2)Ti02LazOs在相对较低温度对催化效率更高

(3)巴汨汨汨80/amol/L

(4)

260c时，催化剂活性不好，反应速率慢；烟气流速越大，气体和催化剂接触时

间越短，SO?转化率越低380℃时，催化剂活性好，反应速率快；烟气流速越

大，压强越大，反应正向进行越彻底，SO2转化率越高

(5)10

【解析】(1)根据盖斯定律可知AH=AH「AH2=-566.0kJ・molT+296.8

l

kJ•mor=-269.2kJ/molo

(2)观察图1,260C,TiOz作催化剂时，SO?的转化率高于其他，那么TiOz催化

效率最高，继续观察图1,可发现LazOs在较低温度时就可以达到非常高的催化效

率，因而优于NiO。

(3)观察反应2co(g)+S02(g)-2C02(g)+S(l)可知该反应的反应前后气体计

量数减小，保持温度不变，压强变大使得平衡向右移动，SO2转化率变大，因而

P1>P2>P3>P4,SO2的平衡转化率为80%,说明SO2转化浓度为aX0.8mol/L=0.8a

II

mol/L,可用三段式计算平衡常数:

2C0(g)+S02(g)w2c02(g)+S(1)

起2aa0

转1.6a0.8a1.6a

平0.4a0.2a1.6a

Ku2"犯)一(I；"(注意可不用写单位，但是一定要以平衡浓度代入求

2z

C(CO)C(SO2)(0.4a)x0.2a«

解。)

(4)先分析温度的影响，260℃时La2()3催化效果很低，因而反应速率慢，烟气

流速变快，气体与催化剂接触时间少，还来不及反应就移走了，因而SO2转化率

降低，380C恰恰相反，催化剂活性好，反应速率快；烟气流速越大，压强越大,

反应正向进行越彻底，SO2转化率越高。

2+

+。6C(SO^}C(H~)C(HSO;)+]10-6

(5)pH=6,说明c(H)=10-mol/L,K片---------,可得一)-—-10o

c(HSOg)C(SOV)Ka21.0x10-7

5.碳、氮、硫的化合物在生产生活中广泛存在。请回答：

(1)以C02与加3为原料可合成化肥尿素[C0(NH2)21。已知：

-1

①2阳3(g)+C02(g)=NH2C02NH4(s)△H=-159.5kJ・mol

-1

②NH2cO2NH4(s)=C0(NH2)2(S)+H20(1)AH=-160.5kJ•mol

-1

③H2O(l)=H20(g)AH=+44.0kJ・mol

写出CO2与NH3合成尿素和气态水的热化学反应方程式。

(2)Ti温度时在容积为2L的恒容密闭容器中只充入1.OOmolNOz气体发生反应：

2N0(g)+02(g)-2NO2(g)AH〈O。实验双!|得：v正=kFc2(N0)-c(O2),v逆=k逆c?(NO2),

k正、k逆为速率常数只受温度影响。不同时刻测得容器中n(N0j如下表：

12

时间/s012345

n(N02)/mol1.000.800.650.550.500.50

①从0〜2s该反应的平均速率V(N02)=o

②「温度时化学平衡常数K=mol-1-Lo

③化学平衡常数K与速率常数k正、k逆的数学关系是群o若将容器

的温度改变为丁2时其kiE=k逆，则TiT2(填或)0

(3)常温下，用SO?与NaOH溶液反应可得到NaHS03、Na2sO3等。

①已知Na2s。3水溶液显碱性，原因是(写出主要反应的离

2

子方程式)，该溶液中，c(Na+)2c(S03-)+c(HS(¥)(填“〉V”或“=”)。

②在某NaHS03>Na2sO3混合溶液中HSO3\S(V一物质的量分数随pH变化曲线如图所

示(部分)，根据图示，则s(V-的第一步水解平衡常数=。

%

0

0

I

X

素

々

七

二

三

运

客

【答案】(1)2NH3(g)+CO2(g)=C0(NH2)2(s)+上0(g)△H=-276.OkJ/mol

(2)0.0875mol/(L-s)8k正/k逆<

2--

(3)SO3+H2O-HSO3+OH>io—-

1

【解析】(1)02NH3(g)+C02(g)=NH2CO2NH4(S)AH-159.SkJ-mol-,②

1

NH2C02NH4(S)=C0(NH2)2(s)+H20(1)AH=-160.SkJ-moF,③乩0(1)=乩0(8)△

13

H=+44.OkJ-mor1,依据热化学方程式和盖斯定律计算①+②+③得到CO?与NIL合

成尿素和气态水的热化学反应方程式为2NH3(g)+CO2(g)=CO(NH2)2(S)+H2O(g)△

H=-276.OKJ/mol；

(2)①根据表中数据计算出前2s内丫川02)=—=9=智孚吧=0.0875mol/(L

tVt2Lx2s

,s)；

②

2NO，g)2MXg)+a(g)

初始(.mol/D0.500

转化(mol/D0.250.250.125

平衡(mol!D0.250.250.125

根据化学平衡常数群弋鼠？叱；；；⑵=0.125,所以2NO(g)+O2(g)^2NO2(g)

化学平衡常数K=1=8；

③2N0(g)+02(g)Q2N02(g)化学平衡常数K=福黑灯,化学反应达到平衡时v正

二V逆,即k正。2侬0)・八02)=1;逆。2302),则出/O,即K=t；温度改变

为T2时其kF=k逆，则时化学平衡常数K=l,小于「温度时化学平衡常数K=8,

即。一丁2时，平衡逆向移动，而2N0(g)H)2(g)合2NO2(g)Z\HV0,所以温度改变是

升高温度，L<T2；

2

(3)①亚硫酸根离子水解导致溶液显示碱性，原理是：SO3+H2O^HSO3-+OH-,所

++2

以,该溶液中，c(H)<c(0H),根据电荷守恒，则:c(Na)>2c(S03)+c(HSO3);

2

②亚硫酸根离子的水解平衡常数K=),当pH=7.2时，SO3\HSO「浓

度相等，所以K=c(0H)=10弋

6.NO、的排放主要来自于汽车尾气，包含N02和NOI.

(1)用CIL催化还原NOx可以消除氮氧化物的污染。例如：

14

a.CH4(g)+4N02(g)==4N0(g)+C02(g)+2H20(g)AH尸-574kJ/mol

b.CIL(g)+4N0(g)==2岫(g)+CO2(g)+240(g)AH2=-1160kJ/mol

①这两个反应在热力学上趋势均很大，其原因是：。

②有利于提高NOx的平衡转化率的反应条件是:(至少答一条)。

③在相同条件下，CIL(g)+2NO2(g)=N2(g)+2H2O(g)+CO2(g)A

H2=kj/mol

(2)为了提高Oh和NO转化为N2的产率，种学家寻找了一种新型的催化剂。

将CH4和NO按一定比例、一定流速通过装有上述新型催化剂的反应器中，测

得N2的产率与温度的关系如图1所示，0A段N2产率增大的原因是

oAB段明产率降低的可能原因是(填标号)

A.催化剂活性降低B.平衡常数变大C.副反应增多

N:

的

产

率

/%

T/K-

图1，

(3)N2的产率与喘;，由图可知黑黑最佳约为

II.有人利用反应2C(s)+2N02(g)=吊(g)+2CO2(g)△H=-64.2kJ/mol对N02

进行吸附。在T℃下，向密闭容器中加入足量的C和一定量的N02气体，图为

15

不同压强下上述反应经过相同时间，NO?的转化率随着压强变化的示意图。

*东8o

*6o

*4o

0

22O

0

9O1

90095105010015012(H)

用某物质的平衡分压代替其物质的量浓度也可以表示化学平衡常数（记作Kp）；

在T℃、HOOKPa时，该反应的化学平衡常数Kp=（计算表达

式表示）；已知：气体分压（P分心气体总压（P总）X体积分数。

【答案】（1）这两个反应均为放热很大的反应增大CH4浓度或降低温度

-867

（2）0A段随着温度的升高，催化剂的活性增强，化学反应速率加快，因此氮气

（丝丝（丝）2、丝

L2

的产率逐渐增大AC（3）4121.2x1100x100或一L2xllOOxlO3Pa

（―）2（竺）2

1-21.2，

【解析】（1）①嫡增和焰减的反应倾向于自发，所以这两个反应在热力学上趋势

均很大，其原因是这两个反应均为放热很大的反应，故答案为：这两个反应均为

放热很大的反应;

②增大反应物浓度或降低温度，使平衡正向移动，有利于提高NOx的平衡转化

率，故答案为：增大CIL浓度或降低温度;

③已知，a.CH4(g)+4N02(g)==4N0(g)+C02(g)+2H20(g)AH1=-574kJ/mol

b.CIh(g)+4N0(g)==2N2(g)+C02(g)+2H20(g)AH2=-1160kJ/mol,根据盖斯定律

知，法得CL(g)+2N02(g)=4(g)+240(g)+CO2(g),则A

-574kJ/mol+(-1160kJ/mol)

-867kJ/mol

2故答案为：-867；

（2）因为反应物是按一定比例、一定流速通过装有上述新型催化剂的反应器中

16

的，所以产率升高是因为反应速率增大，根据图示分析，0A段随着温度升高，

催化剂活性增强，反应速率加快；AB段可能原因为催化剂活性降低，或是副反

应增多，反应为放热反应，温度升高时平衡逆向移动，平衡常数减小，故B错误;

故答案为：0A段随着温度的升高，催化剂的活性增强，化学反应速率加快，因

此氮气的产率逐渐增大；AC；

(3)由图可知黔约为4,产率最高，故答案为：4；

H.压强越大反应越快，则图中(1100,40)点已经达到平衡状态，设起始时加入

NO2的物质的量为ImoL则

2C(s)+2NO2(g)N2(g)+2CO2(g)

起始100

反应0.40.20.4

平衡0.60.20.4

,0.4、20.2

(----)X-----

根据平衡常数表达式分析得K=-~^-2x1100x1o3Pa故答案为:

0.40.2,0.4、20.2

(Z)X2x()x-

」•彳6I2x1100x1O'pa或J%6』2x1100x10’pa

(H)2(I2)2

7.有利于可持续发展的生态环境是全国文明城市评选的测评项目之一。

22

(1)已知反应2N0(g)+2C0(g)N2(g)+2C02(g)v正正•c(NO),c

2

(CO),v逆=A逆・c(N2)・c(C02)(A正、A逆为速率常数，只与温度有关)。一

定条件下进行该反应，测得C0的平衡转化率与温度、起始投料比m=M的

关系如图1所示。

17

图1

①达到平衡后，仅升高温度，A正增大的倍数填或“=")k逆

增大的倍数。

②下列说法正确的是o

A投料比：mi<m2<m3

B汽车排气管中的催化剂可提高NO的平衡转化率

C当投料比m=2时，NO转化率比CO转化率小

D当体系中C02和CO物质的量浓度之比保持不变时，反应达到平衡状态

③若在1L的密闭容器中充入ImolCO和1molNO,在一定温度下达到平衡时,

CO的转化率为40%,则在正：4逆=_______(填写分数即可，不用化简)

(2)在2L密闭容器中充入2molCO和lmolN02,发生反应4C0(g)+2N02

(g)N2(g)+4C02(g)△水0,如图2为平衡时C02的体积分数与温

度、压强的关系。

01020304050

压强/MPa

图2

①该反应达到平衡后，为在提高反应速率同时提高N0的转化率，可采取的措

施有(填字母序号)

18

a增加CO的浓度b缩小容器的体积c改用高效催化剂d升高温度

②若在D点对反应容器降温的同时缩小体积至体系压强增大，达到的平衡状态

可能是图中A~G点中的点。

(3)近年来，地下水中的氮污染已成为一个世界性的环境问题。在金属Pt、Cu

和钺(Ir)的催化作用下，密闭容器中的H2可高效转化酸性溶液中的硝态氮

(NO；),其工作原理如下图所示。若导电基体上的Pt颗粒增多，造成的后果是

单原子钳

单原子铜

【答案】⑴<CD

(2)abC

(3)若Pt颗粒增多，NO「更多转化为NH；存在溶液中，不利于降低溶液中含氮

量

【解析】(1)①据图1所示，正反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，则

A正增大的倍数V4逆增大的倍数；②A.由图象可知，温度一定时，增大NO浓度,

CO转化率增大，即起始投料比m越大时，CO转化率越大，所以投料比：m1>m2

>m3,故A错误；B.催化剂只改变反应速率，不改变平衡转化率，故B错误；

C.由反应计量关系可知，反应中NO、CO的变化量相同，平衡转化率a=/1x

100%,所以平衡转化率与起始量成反比，即投料比m=2时C0转化率是N0转化率

19

的2倍，故C正确；D.反应正向移动时CO?浓度增大，CO浓度减小，即平衡移

动过程中二者浓度比值会发生变化，所以当二者比值不变时说明反应达到平衡，

故D正确；故答案为：CD；

③若在1L的密闭容器中充入1molCO和1molNO,在一定温度下达到平衡

时，CO的转化率为40%,列三段式有：

2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)

起始(molL‘)110()

转化(molL」)0.40.40.20.4

平衡(molL")0.60.60.20.4

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达到平衡状态时正逆反应速率相等，则k正・/(NO)・C(CO)=A逆・C(N2)-C(CO2),

扁_C(N2)C2(CO2)_0.2x0.42_20

人乜逆C2(NO)C2(CO)0.62X0.6281;

(2)①a.增加CO的浓度平衡正向移动，NO转化率提高，故a正确；

b.缩小容器的体积相当于增大压强平衡正向移动，N0转化率提高，故b正确；

c.改用高效催化剂，只改变化学反应速率不影响平衡移动，所以N0转化率不变,

故c错误；

d.该反应熔变小于零，正反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，N0转化率

降低，故d错误；

故选ab；

②相同压强下降低温度平衡正向移动，CO2体积分数增大，同一温度下增大压强

平衡正向移动(U体积分数增大，所以符合条件的为C；

(3)由原理的示意图可知，若导电基体上的Pt颗粒增多，则N0「会更多的转化

成钱根，不利于降低溶液中的含氮量。

8.含氮化合物是化工、能源、环保等领域的研究热点。回答下列问题：

20

(1)40在金粉表面发生热分解反应：2N2O(g)-2N2(g)+02(g)NH

己知：4NH3(g)+302(g)=2N2(g)+6H20(1)AN

2NH3(g)+3N20(g)=4N2(g)+3Ha)(1)A3

A后(用含△&、A豆的代数式表示)。

(2)一氧化二氮可反生2N2O(g)=2N2(g)+O2(g)。不同温度(T),NO分解半哀期

随起始压强的变化关系如图所示(图中半衰期指任一浓度N20消耗一半时所需的

相应时间)，则「—12(填或)0当温度为T1、起始压强为P。，

反应至tiinin时，体系压强P=(用P。表示)。

P-起始俅强/卜Pa

(3)将NH3与。2按体积比4：5充入刚性容器中，起始体系总压强为PokPa,分

别在催化剂M、N作用下发生反应4NH3(g)+502(g)=4N0(g)+6H20(g)A

A=-905.OkJ/mol,NH3的分压(P)与时间和温度的关系如图所示：

①催化剂的催化效果：M―N(填“强于”或“弱于”)o

②T。C时，0〜12.5min内P(NH3)减小量—(填或②”②2.5〜25min

内P(NH3)减小量，理由为—O

(4)NaClOz是一种绿色消毒剂和漂白剂，工业上采用电解法制备NaClOz的原理

21

如图所示。

①交换膜应选用__(填“阳离子交换膜”或“阴离子交换膜”)o

②阳极的电极反应式为

自流电源

情性电极A

尾气一M

NaClO•—二；

7I

【答案】(1)(2)>1.25^

(3)弱于>反应物的浓度逐渐减小，反应速率减慢阳离子交换膜

2Cl-2e=C12t

【解析】(1)已知：①4加3(g)+302(g)=2N2(g)+6H20(1)△直

@2NH3(g)+3N20(g)=4N2(g)+3H20(1)△直

盖斯定律计算(②X2-①)X；得到40在金粉表面发生热分解：2N20(g)=2%

21

(g)+。2(g)△生§△耳一］△为

(2)温度越高，反应越快，半衰期越短，等压强p。下可以看出T2下的半衰期长

因此Ti大于T2；

压强之比等于物质的量之比，半衰期指的是任一浓度弗0消耗一半所需要的时间,

由反应方程式可知，设起始时有2molN20,力时生成Imol弗和0.5mol02,还剩

lmolN20,故混合气体的总物质的量为(1+0.5+1)mol=2.5moL因此在小R下

反应后的物质的量是起始的1.25倍，故尸L25R；

(3)①该反应焙变小于0,正反应为放热反应，温度越高平衡左移，氨气的平

衡分压越高，所以力>%据图可知在N催化剂的作用下温度较低的反应先达到

22

平衡，说明M的催化效果弱与N的催化效果；

②随着反应进行，反应物的浓度逐渐减小，反应速率减慢，所以。〜12.5min内

户(NIU减小量大于12.5〜25min内产(NB)减小量；

(4)①由C102fNaCl()2可知，C1的化合价降低，所以CIO?发生失去电子的氧化

反应，即A电极为电解池的阴极，电极反应式为C102+e=C102'，结合Na.生成NaC102,

所以钠离子由阳极区移向阴极区，则离子交换膜为阳离子交换膜；

②阳极区C「失去电子生成Cl2,电极反应式为2Cl-2e=C121o

9.(一)合成氨工艺(流程如图所示)是人工固氮最重要的途径。

2018年是合成氨工业先驱哈伯(P«Haber)获得诺贝尔奖100周年。弗和生

生成NB的反应为：1/2m(g)+3/2H2(g)=NB(g)△H(298K)=-46.2KJ

•mol",在Fe催化剂作用下的反应历程为(*表示吸附态)

化学吸附：N2(g)f2N*；H2(g)f2H*；

表面反应：N*+H*=NH*；NH*+H*=NH2*；NH2*+H*^NH3*

脱附：限*=NH3(g)

其中，郎的吸附分解反应活化能高、速率慢，决定了合成氨的整体反应速

率。请回答:

23

(1)利于提高合成氨平衡产率的条件有

A.低温B.高温C.低压D.高压

E.催化剂

PNH3/

5

(2)标准平衡常数?其中P，为标准压强(lX10Pa),pNH3>

(PNM°'(PH2说'

P弗和p1为各组分的平衡分压，如pNH3=XNH3p,p为平衡总压，xNB为平

衡系统中NB的物质的量分数。

①M和庆起始物质的量之比为1：3,反应在恒定温度和标准压强下进行,

NH3的平衡产率为w,则K吗(用含w的最简式表示)

②下图中可以示意标准平衡常数K，随温度T变化趋势的是o

(3)实际生产中，常用工艺条件，Fe作催化剂，控制温度773K,压强3.0X105Pa,

原料中用和上物质的量之比为1：2.8O

①分析说明原料气中用过量的理由。

②关于合成氨工艺的下列理解，正确的是