2022年高考化学新情境题复习《化学反应原理综合题》

2022年高考化学新情境题复习专题《化学反应原理综合题》

1.(2021•安徽合肥一模)CO2资源化在推进能源绿色转型，实现“碳达峰、碳中和”

中具有重要意义。

□.CO?与CH/崔化重整制合成气是研究热点之一、发生的主要反应有：

1

反应①：co,(g)+CH4(g)^2CO(g)+2H,(g)AH,=+248.0kJ.mor

反应②：CO2(g)+H2(g)^?>CO(g)+H2O(g)AH2

(1)有关化学键键能数据如表：

H-

化学键H-HC=OC=O

O

键能/

4364638031076

(kJ-mol1)

则反应②的反应热AH?=kJmoE1»

(2)对于上述反位体系，下列说法错误的是。

A.增大CO?的浓度，反应①②的正反应速率均增加

B.恒容密闭容器中当气体密度不变时，反应达到平衡状态

C.加入催化剂，可提高CH4的平衡转化率

(3)恒压下进行CO?与CH/崔化重整实验。初始压强为p。，起始投料

n(CH4)=n(CO2)=10mol,CO?和CH』的平衡转化率随温度变化曲线如图所示.

100------------------------------------------------------------

①曲线(填“A”或"B")表示CO?的平衡转化率。

②800K,反应至CH4转化率达到X点时，v(正)v(逆)(填“>"、“<，或，=")。若要

使CH,的转化率由X点达到Y点，改变的外界条件可以是(答一条即可)。

③800K,反应①的分压平衡常数Kp=(分压=总压x物质的量分数)。

口利用电化学装置可实现CO?和CHJ两种分子的耦合转化，其原理如图所示。

CH4

co2

(4)阴极的电极反应式为。

【答案】(1)+40.0

(2)BC

(3)A>增大CO?的浓度或分离出产物等均可p；/192

+

(4)CO2+2e-+2H=CO+H,O

【解析】

(1)反应②的反应热公氏=反应物的总键能-生成物的总键能=2x803+436-1076-

2x463=+40.0kJmor1;

(2)A.增大CO?的浓度，反应物的浓度增大，则反应①②的正反应速率均增加，A正

确；

B.恒容密闭容器中体积不变，混合气体的总质量不变，则气体密度一直保持不变，

不能说明反应达到平衡状态，B错误；

C.加入催化剂，化学平衡不移动，CH」的平衡转化率不变，C错误；

故选：BC；

(3)①C(\参与了2个反应，而CH,只参与1个反应，相同情况下CO?消耗更多，平衡

转化率更大，曲线A表示CO2的平衡转化率；

②曲线B表示CH」的平衡转化率，800K,反应至CH4转化率达到X点时小于平衡转

化率，反应向正反应方向进行，则v([E)>v(逆卜若要使CH4的转化率由X点达到Y点，

即使反应达到平衡，改变的外界条件可以是增大CO?的浓度或分离出产物等均可：

③800K,CC)2的平衡转化率为40%,转化的物质的量10molx40%=4moLCH4的平衡

转化率为20%,转化的物质的量10molx20%=2mol,列三段式：反应①:

CO2(g)+CH4(g)U2CO(g)+2H2(g)

起始量/mol101000-

/，反应②：

转化量/mol2244

平衡量/mol10-2-2=684+2=64-2=2

CO2(g)+H2(g)UCO(g)+H2O(g)

起始量/mol10400

2，在恒温恒容下，压强之比等

转化量/mol222

平衡量/mol10-2-2=64-2=22+4=62

于物质的量之比，则=包,解得平衡时总压强为p=gp。，反应①的分压平衡常

，o+o吃+o+，2+2p5

/66襦，26、2

p(CO)2p(H,)2_(24>gP。)X(24X5P°)

Po

p(CO2).p(CH4r(Ax6po)x(Ax6192

245FO245FO

(4)

由原理图可知，A电极上CCh-CO,C元素化合价降低、发生还原反应，则A电极为

阴极，B电极为阳极，阴极反应式为CO2+2e-+2H-=CO+Hq。

2.(2022•江西•模拟预测)国家主席习近平提出了中国应对气候变化的两个目标：二

氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，于2060年前实现碳中和。因此，研发CO2利用技

术、降低空气中CO2含量成为了研究热点。为减少CO2对环境造成的影响，可采用“CO2

催化加氢制甲醇''方法将其资源化利用。该反应体系中涉及以下两个反应：

I.CO2(g)+3H2(g)^CH3OH(g)+H2O(g)AH,

n.CO2(g)+H2(g)->CO(g)+H2O(g)AH2

回答下列问题：

⑴反应I、H的InK(K代表化学平衡常数)随：(温度的倒数)的变化如图所示。

AH)0(填“大于”或“小于”或“等于”)；升高温度，反应

CO(g)+2H2(g)-CH30H(g)的化学平衡常数(填“增大”或“减小”或“不变

(2)上述反应体系在一定条件下建立平衡后，下列说法正确的有。

A.增大CO的浓度，反应I的平衡向正反应方向移动

B.降低温度，反应I和n的正、逆反应速率都减小

C.恒温恒容下充入氨气，反应1的平衡向正反应方向移动

D.增大压强，反应I和n重新达到平衡的时间不同

(3)恒压下将C02和比按体积比1：3混合，在不同催化剂作用下发生反应I和反应

II,在相同的时间段内CH3OH的选择性和产率随温度的变化如图。

CH30H选择性(%)CH30H产率(％)

CHQH选择性

T-CZT催化齐IJ

T^~CZ(ZL1)T催化剂

廿》、”皿必CH.QH的物质的量

其中：CHQH的选择性;丽貌。2的物质的量200%

①在上述条件下合成甲醇的工业条件是。

A.210DB.230口C.催化CZTD.催化齐ljCZ(Zr-l)T

②在230口以上，升高温度CO2的转化率增大，但甲醇的产率降低，原因是

(4)恒温恒压密闭容器中，加入2moic。2和4moiH2,只发生反应I和反应II,初始压强

为po,在300「发生反应，反应达平衡时，CO2的转化率为50%,容器体积减小20%.则达

到平衡时H2的转化率为,反应II的平衡常数K=(保留两位有效数字)。

【答案】(1)小于减小

(2)AB

(3)BD230U以上，温度升高，反应」的平衡向逆反应方向移动，反应♦的平衡向正

反应方向移动，但温度对反应口的平衡影响更大

(4)55%0.22

【解析】

(1)温度T降低，J增大，由图像可知，反应I的InK随千的增大而增大，反应II的

InK随孑的增大而减小，即随着"的增大，反应I的K增大、反应II的K减小。所以，当

温度降低，反应I的K增大、平衡正向移动，反应I为放热反应，AHi小于0；当温度降

低，反应II的K减小、平衡逆向移动，反应H为吸热反应，AH?大于0。依据盖斯定律，

反应CO(g)+2H2(g)-CH30H(g)可由I-II得到，即始变AH=AH|-AH2,而AHIV)、AH2>0,

所以AHO,温度升高，平衡逆向移动，化学平衡常数减小。

(2)A.增大一氧化碳浓度，反应H逆向移动，二氧化碳和气气浓度增大，相当于反应

1的反应物浓度增大，反应I正向移动，A正确；

B.降低温度，反应I和II的正、逆反应速率都减小，B正确；

C.恒温恒容下充入氮气，各物质浓度不变，平衡不移动，C错误；

D.增大压强，反应I平衡正向移动、反应n平衡就得逆向移动，当反应I达到平衡

时，二氧化碳和氢气浓度不再改变，反应11也得达到平衡，因此增大压强，反应I和11重

新达到平衡的时间相同，D错误；

答案选AB。

(3)①由图可知，230时甲醇产率最高，该温度卜使用催化剂CZ亿r-l)T,甲醇选择性

较大，答案选BD。

②230以上，温度升高，反应的平衡向逆反应方向移动，反应的平衡向正反应方

向移动，但温度对反应的平衡影响更大，所以在230以上，升高温度C02的转化率增

大，但甲醉的产率降低。

(4)由于发生反应I,容器容积减小，设参加反应I的二氧化碳的物侦的量为xmol,则

CO,~An

有关系式：12,解得x=0.6mol,则参加反应I的氢气的物质的量为1.8moL

x6x0.2

生成甲醇的物质的量为0.6moL生成水蒸气的物质的量为0.6mol,而二氧化碳的转化率为

50%,则参加反应II的二氧化碳的物质的量为2moix0.5・0.6mol=0.4mol,反应H消耗氢气

0.4mol,生成一氧化碳0.4moL生成水蒸气0.4mol,平衡时容器中有二氧化碳ImoL氢气

1.8mol,甲醇0.6mol,水蒸气ImoL〜氧化碳0.4moL氢气转化率为"㈣■xl00%=55%,

4mol

0.41

----x—

设平衡时容器体积为V,则反应II的平衡常数K=R1=0.22。

11.O

一X—

VV

3.(2022•安徽六安•模拟预测)气态含氮化合物是把双刃剑，既是固氮的主要途径，

也是大气污染物。气态含氮化合物及相关反应是新型科研热点。回答下列问题：

(1)用N%催化还原NOx可以消除氮氧化物的污染。已知：

①4NHKg)+3O2(g)=2N2(g)+6H2O(g)AH=-akJ/mol

@N2(g)+O2(g)=2NO(g)AH=-bkJ/mol

写出N3还原NO至N2和水蒸气的热化学方程式。

(2)恒容密闭容器中，在Ni作催化剂条件下，NH3分解反应如下：2NH3(g)U

N2(g)+3H2(g),不同温度下，NH3分解率随时间变化如图所示，v正=1<EC2(NH3),va=k

k11

逆・C（N2）・C3（H2）；NH3的初始浓度为Cl,T1时NH3分解反应达到平衡时/=_______；曲线

K逆

①②中，k『k逆值较小的曲线为。

（3）东南大学王金兰课题组提出合成氨的“表面氢化机理”如图所示，在较低的电压下实

现氮气的还原合成氨。已知：

第一步：*+H+e=*H（快）（吸附在催化剂表而的物种用*表示）

第二步：N2+2*H=中间体（吸附在催化剂表面）（慢）

第三步：（快）

第三步的方程式为,上述三步中的决速步为第二步，原因是o该法较

传统工业合成氨法，具有能耗小、环境友好的优点。

（4）向一恒定温度的刚性密闭容器中充入物质的量之比为1：1的N?和比混合气体，

初始压强为30MPa,在不同催化剂作用下反应，相同时间内Hz的转化率随温度的变化如

图所示，b点v逆（填”＞、＜"或“="）。图中a点混合气体平均相对分子质量为

18.75,a点对应温度下反应的平衡常数Kp=（保留两位有效数字，Kp为以分压表示

的平衡常数，分压=总压x物质的量分数）

H2

的

转

化

率

催化剂厂，/

催化剂II［

催化剂nil

丁、%T,T4TS温度/K

(5)氨不仅应用于化肥生产，也可以应用于能源领域，与氢氧燃料电池比，氨氧燃料电

池有其独特优势，某研究小组设计的氨氧燃料电池装置如图：

则电极1的电极反应式为,标准状况下，当3.36LO2参加反应时，生成N2的

物质的量为。

［答案］(l)4NH3(g)+6NO(g尸5N2(g)+6H2O(g)AH=(3b-a)kJ/mol

⑵0.12(5)2②

+

(3)*N2H2+4H+4e=2NH,N2与*H反应过程中N三N键断裂需要较高的能量

(4)>0.014MPa2

(5)2NH3-6e+6OH-=N2+6H2O0.1mol

【解析】

(1)根据盖斯定律,(①-②x3)可得4NH3(g)+6NO(g)=5N2(g)+6H2O(g)AH=(3b-a)kJ/mol；

(2)图像是NH3分解率和时间的关系，先达到平衡，说明温度高，即「>12,当反应达

到平衡，V产V»v正=%427耳内逆=1<2时)<3(112)推出詈=*痣*水，达

K逆C(NH3)

到平衡时，NH3的分解率为40%,此时消耗c(NH3)=0.4cimol/L,c(N2)=0.2cimol/L,达到平

衡时，c(NH3)=0.6Cimol/L,c(N2)=0.2cimol/L,c(H2)=0.6cimol/L,K=

UN端?2)/,煞O'”=0/2(cj2,即M=0」2C)2；k#：-k逆值较小，说明反应向逆

2

C'(NH3)(0.6C,)k逆

反应方向进行程度增大，根据图像，温度升高NE的分解率增大，即温度越低，向逆反应

方向进行程度越大，k,-k超值较小为②；

(3)由题中图示信息可知，第二步中间产物为*N2H2,则第三步的方程式为：

*N2H2+4H++4e=2NH3,N2与*H反应过程中N三N键断裂，需要较高的能量，所以二步中

的决速步为第二步；

(4)根据图示可知：在b点时未达到该温度下出的最大转化率，说明反应正向进行，

故反应速率大小关系：VFV迎；平均相对分子质量为15的N2和H2的混合气体中N2、H2

的物质的量的比是1:1,假设混合气体中N2、H2的物质的量都是Imol,混合气体总质量为

m=28g+2g=30g,若a点混合气体平均相对分子质量为18.75,则此时混合气体总物质的量

30g

是m(总/~~-=1.6mol,反应减少了0.4mol,根据方程式N2(g)+3H2(g)=2NHKg)中物

lo./jg/mol

质反应转化关系可知：反应减少0.4mol,反应产生0.4molNH3,反应消耗0.2molN2和

0.6molH2，平衡时n(N2)=1mol-0.2mol=0.8mol,,n(H2)=1mol-0.6mol=0.4mol,

-8mo1

n(NH3)=0.4mol,平衡时的压强p="x30=24MP,p(N,)=0x24MPa=12MPa,

21.6mol

p(H,)=p(NH?)=°-4mo1x24MPa=6MPa,所以

1.6mol

_p2(NHJ_(6MPaf

2

p3®0.014MPa-；

-p(N2)xp\H2)—(12MPa)x(6MPa)

(5)电极1为负极，氨气失去电子生成氮气和水，电极反应式为：2NH3-6e+6OH-

=N2+6H2O;标准状况下，3.36LO2的物质的量是0」5mol,若其参加反应，电子转移的物

质的量是0.15molx4=0.6mol,根据得失电子守恒，可知生成N2的物质的量为0.1mol。

4.(2022•河南许昌•二模)二甲醛既是重要的工业品，也是燃料电池制氢的重要原

料。二甲醛水蒸气重整制氢的总反应为CH30cH3®+(l+2x)H2O(g)U(4+2x)H2(g)+2(l-

x)CO(g)+2xCO2(g),其过程包括：

I.CH30cH3(g)+H2O(g)=2CH30H(g)AHi=+23.6kJ•moH

ILCH3OH(g)+H2O(g)#CO2(g)+3H2(g)AH2=+49.5kJmol-'

IH.CH30H(g)uCO(g)+2H2(g)AH3=+90.7kJmol-'

IV.CO(g)+H2O(g)#CO2(g)+H2(g)AH4=-41.2kJmol-'

回答下列问题：

⑴反应I能自发进行，则该反应的焙变AS0(填“大于”或“小于”)。

(2)反应II的平衡常数可表示为［用K(ni)、K(IV)表示］。

(3)根据反应I、II、HI、IV计算重整总反应的焰变AH=kJmoH(列出含x的计算

式即可)。

产生CO,的物质的量

(4)CO2的选择性(产生co和C1的总物质的量)与水酸比皿H20)/n(CH20cH3)］和温度的

关系如图1所示；423K时，平衡时H2的物质的量分数与水醒比的关系如图2所示:

K

K

K望

挚8

去

«:粕

$>

©

0~

3

ia

«

w

=

8

7

6

5

4

3

12

8

7

6

5

4

3

2

1

比

水解

比

水m

图2

IHI

比

同水酸

；相

因是

的原

越高

择性

的选

C02

越大

酸比

，水

度下

同温

1中相

①图

是

的原因

性降低

的选择

CO2

升高

温度

时，

是

的原因

数减小

的量分

的物质

大H

的增

酸比

，随水

3时

大于

懒比

2中水

②图

2

a,

率为

转化

平衡

H的

H30

p,C

压为

，总

进行

器中