大单元四　第十章　热点强化17　高考第17题-化学反应原理综合分析

第十章热点强化17汇报人：化学

大一轮复习高考第17题——化学反应原理综合分析纵观近年高考真题，化学反应原理综合题主要涉及的考查内容有：反应热与盖斯定律，陌生情境下反应方程式的书写，电化学原理(电极反应式的书写、计算)，归因分析，反应机理分析、描述等。1.(2024·苏州模拟)研究CH4的综合利用具有重要的意义。Ⅰ.CH4催化重整制氢气一种CO2与CH4催化重整制取H2的过程如图1所示。在反应管中加入CaO和催化剂，先通入CO2，待步骤Ⅰ完成后，再将CH4以一定流速通入，并控制温度为800℃，进行步骤Ⅱ。热点专练(1)写出步骤Ⅱ中发生主要反应的化学方程式：

。CaCO3+CH4CaO+2CO+2H2(2)步骤Ⅱ中还存在少量副反应：H2(g)+CO2(g)===H2O(g)+CO(g)，测得出口处H2和CO的流量随时间变化如图2所示。①0~7min时出口处气体流量CO略高于H2的原因是__________________________________________________________________。

步骤Ⅱ主反应生成的CO与H2的物质的量相等，副反应消耗H2同时生成CO②反应进行15min后，反应管中仍残留较多CaCO3，但CO流量迅速降低，H2流量升高，可能的原因是________________________________________________________________________。CH4分解生成C和H2，使CH4浓度降低，生成的C覆盖在催化剂表面，使活性降低Ⅱ.CH4用于烟气脱硝(3)CH4烟气脱硝相关反应如下：反应Ⅰ：CH4(g)+2NO(g)+O2(g)===CO2(g)+N2(g)+2H2O(g)ΔH=-985.2kJ·mol-1反应Ⅱ：2NO(g)+O2(g)===2NO2(g)

ΔH=-116.2kJ·mol-1反应Ⅲ：CH4(g)+2NO2(g)===CO2(g)+N2(g)+2H2O(g)①反应Ⅲ的ΔH=

kJ·mol-1。

-869根据盖斯定律，反应Ⅰ-反应Ⅱ可得反应Ⅲ，则反应Ⅲ的ΔH=[-985.2-(-116.2)]kJ·mol-1=-869kJ·mol-1。②反应Ⅰ和反应Ⅱ的平衡常数分别为K1、K2，则相同温度下反应Ⅲ的K=

(用K1、K2表示)。

(4)模拟烟气脱硝：一定条件下，将CH4、NO和O2按1∶1∶50匀速通过催化脱硝反应器，测得NOx去除率和CH4转化率随反应温度的变化如图3所示。①当温度低于780K时，NOx的去除率随温度升高而升高，可能原因是____________________________________________________________________。

温度低于780K，催化剂活性增强和温度升高共同使CH4脱硝反应速率加快②当温度高于780K时，NOx的去除率随温度升高而降低，可能原因是_________________________________________________________________________________。

高于780K时，CH4与氧气发生反应，参加脱硝反应的CH4的量减少，使脱硝反应速率减慢2.(2024·连云港一模)氮氧化物(N2O、NO等)的处理和资源化利用具有重要意义。(1)N2O的处理。研究证明：I2(g)能提高N2O的分解速率，N2O参与了第Ⅱ步、第Ⅲ步反应。反应历程如下(Ea为反应活化能)：第Ⅰ步：I2(g)→2I(g)

Ea1第Ⅱ步：……Ea2第Ⅲ步：2IO(g)+2N2O(g)→2N2(g)+2O2(g)+I2(g)

Ea3①第Ⅱ步发生反应的方程式为

。

I(g)+N2O(g)→N2(g)+IO(g)I2(g)能提高N2O的分解速率，I2(g)是N2O分解反应的催化剂，N2O参与了第Ⅱ、Ⅲ步的反应，结合题给第Ⅰ、Ⅲ步的反应和N2O的分解反应[2N2O(g)2N2(g)+O2(g)]可知，第Ⅱ步发生反应的方程式为I(g)+N2O(g)→N2(g)+IO(g)。>总反应的反应速率取决于第Ⅱ步，说明第Ⅱ步的反应速率最慢，活化能越大、反应速率越慢，则Ea2>Ea3。②总反应的反应速率取决于第Ⅱ步，则Ea2(填“>”“<”或“=”)Ea3。(2)NO的应用。NO分解ICl制取I2和Cl2的原理如下：反应Ⅰ：2ICl(g)+2NO(g)2NOCl(g)+I2(g)

K1反应Ⅱ：2NOCl(g)2NO(g)+Cl2(g)

K2反应的-lgK~T(K值为平衡时用各气体的分压表示得出的值)的关系如图1所示。①430K时，反应2ICl(g)I2(g)+Cl2(g)的K为

。

10-4由图1可知，430K时，-lgK1=1.1、-lgK2=2.9，由盖斯定律反应Ⅰ+反应Ⅱ得反应2ICl(g)I2(g)+Cl2(g)，则K=K1·K2=10-1.1×10-2.9=10-4。②410K时，向容积不变的容器中充入1molNO和1molICl进行反应，测得反应过程中容器内压强与时间的关系如图2所示(反应开始和平衡后容器的温度相同)。在0~t1时间段内，容器中压强增大的主要原因是_________________________________________________________________________。

反应Ⅰ为放热反应，随着反应的进行容器中的温度上升，导致容器内的压强增大由图1可知，随着温度的升高，-lgK1逐渐增大、-lgK2逐渐减小，即随着温度的升高，K1逐渐减小、K2逐渐增大，说明反应Ⅰ为放热反应、反应Ⅱ为吸热反应，结合pV=nRT，故图2在0~t1时间段内，容器中压强增大的主要原因是反应Ⅰ为放热反应，随着反应的进行容器中的温度上升，导致容器内的压强增大。

①当电解电压为U1时，电解生成的H2和NH3的物质的量之比为

。15∶2

②当电解电压为U2时，催化电解NO生成NH3的电极反应式为____________________________。

③电解电压大于U3后，随着电解电压的不断增大，N2O的法拉第效率迅速增大，可能原因是___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(吸附在催化剂上的物种加“*”表示，如*NO、*NOH等)。

5H+===NH3+H2ONO+5e-+

随着电解电压的不断增大，*NO结合H+与e-得到*NOH(或*NO+H++e-===*NOH)的量增多，*NOH在催化剂表面失水转化成N2O(或2*NOH===N2O↑+H2O)的选择性增大，导致N2O的量增多，使N2O的法拉第效率迅速增大3.(2024·南通如皋高三模拟)二氧化碳的综合利用具有重要意义。(1)工业上以CO2和CH4为原料可以制取合成气(CO和H2)。①已知CH4、H2、CO的燃烧热分别为890.3kJ·mol-1、285.8kJ·mol-1、283kJ·mol-1，则反应CH4(g)+CO2(g)===2CO(g)+2H2(g)的ΔH=________________。

+247.3kJ·mol-1

②将CO2和CH4以体积比1∶1混合后，通过装有催化剂的反应管。下列措施有利于提高CH4转化率的是

(填字母)。

a.将反应管控制在催化剂的最大活性温度范围内b.延长混合气体通过反应管的时间c.向反应管中加入少量炭粉ab反应为CH4(g)+CO2(g)===2CO(g)+2H2(g)，将CO2和CH4以体积比1∶1混合后，通过装有催化剂的反应管；a项，将反应管控制在催化剂的最大活性温度范围内，此时催化剂活性最大，可以提高未平衡前一段时间内的CH4转化率；b项，延长混合气体通过反应管的时间，让反应逐渐达到平衡，也就是CH4转化率最大时，因此可以提高CH4转化率；c项，向反应管中加入少量炭粉，对反应并没有影响，不能改变CH4转化率。(2)电解法转化CO2可实现CO2资源化利用。电解CO2制HCOOH的原理如图1所示。①写出阴极CO2还原为HCOO-的电极反应式：

。

②电解一段时间后，阳极区的KHCO3溶液浓度降低，其原因是___________________________________________________________________________。

(3)一种负载活性金属原子催化剂可催化还原CO2，在催化剂表面的物质相对能量与反应历程的关系如图2所示。①反应中催化剂的活性会因为生成CO的不断增多而逐渐减弱，原因是_________________________________________________________。

脱除较难，占据催化剂表面，使催化剂表面活性位点减少CO一种负载活性金属原子催化剂可催化还原CO2，则CO2需要吸附在催化剂上，而当反应中生成的CO不断增多，CO脱除较难，占据催化剂表面，使催化剂表面活性位点减少，导致催化剂再难被CO2吸附，催化剂活性减弱。②CH3OH可由中间体X或Y经过如图3所示2步转化得到。X和Y的组成相同，催化剂载体中的活性金属带正电性，Y与活性金属结合后的相对能量低于X。在图4方框内画出Y的结构简式。答案催化剂载体中的活性金属带正电性，说明是带孤电子对较多的原子与催化剂结合，Y与活性金属结合后的相对能量低于X，且X和Y的组成相同，说明Y的结构简式为

。4.(2024·泰州市统考模拟)空气中CO2含量的控制和CO2资源利用具有重要意义。(1)利用高炉炼铁尾气中的CO2制取有机物的过程如下：相同条件下，恒定通过电解池的电量，电解得到的部分还原产物的法拉第效率(FE%)随电解电压的变化如图1所示：

CO2+2e-+2H+===HCOOH1∶3

(2)利用铟氧化物催化CO2、H2制取CH3OH的可能机理如图2所示，In2O3无催化活性，形成氧空位后具有较强催化活性，将固定比例的CO2、H2混合气体以不同流速通过装有催化剂的反应管，CH3OH选择性、CO2转化率随气体流速变化曲线如图3所示。①图2中的反应每生成1molCH3OH(g)放出49kJ的热量，其热化学方程式为____________________________________________________。CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)

ΔH=-49kJ·mol-1由图可知，在催化剂作用下，二氧化碳与氢气反应生成甲醇和水，由反应生成1mol甲醇放出49kJ的热量可知，反应的焓变ΔH=-49kJ·mol-1，则反应的热化学方程式为CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)

ΔH=-49kJ·mol-1。②若原料气中H2比例过低、过高均会减弱催化剂活性，原因是_____________________________________________________________________________________________________。H2比例过低，不利于催化剂形成氧空位，导致催化剂失活；H2比例过高，In2O3部分还原为In，催化剂活性降低③制取CH3OH时，同时发生反应CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)

ΔH>0，气体流速分别为15000mL·h-1和2