2025年下学期高三化学化学反应原理综合题专项训练（三）

2025年下学期高三化学化学反应原理综合题专项训练（三）一、综合题（本题共15分）（一）反应热与盖斯定律应用工业上利用甲烷与二氧化碳重整制备合成气（CO和H₂）是实现“碳中和”的重要途径之一。已知相关反应如下：反应Ⅰ：CH₄(g)+CO₂(g)⇌2CO(g)+2H₂(g)ΔH₁反应Ⅱ：CO(g)+H₂O(g)⇌CO₂(g)+H₂(g)ΔH₂=-41.2kJ/mol反应Ⅲ：CH₄(g)+H₂O(g)⇌CO(g)+3H₂(g)ΔH₃=+206.1kJ/mol（1）计算反应Ⅰ的ΔH₁=kJ/mol。（2）下列关于反应Ⅰ的说法正确的是（填标号）。A.低温下自发进行B.高温下自发进行C.任何温度下均自发进行D.任何温度下均不自发进行解析：（1）根据盖斯定律，反应Ⅰ=反应Ⅲ-反应Ⅱ，故ΔH₁=ΔH₃-ΔH₂=206.1kJ/mol-(-41.2kJ/mol)=+247.3kJ/mol。（2）反应Ⅰ的ΔH>0、ΔS>0，根据ΔG=ΔH-TΔS，高温下ΔG<0，反应自发进行，选B。（二）化学反应速率与化学平衡在容积为2L的恒容密闭容器中通入1molCH₄和1molCO₂，发生反应Ⅰ。实验测得不同温度下CO的平衡产率与时间的关系如图所示：（3）T₁________T₂（填“>”或“<”），判断依据是________________。（4）T₂温度下，反应达到平衡时H₂的浓度为0.4mol/L，则该温度下反应Ⅰ的平衡常数K=（保留两位小数）。（5）下列措施能提高CH₄平衡转化率的是（填标号）。A.升高温度B.通入He气体增大压强C.及时分离出COD.加入催化剂解析：（3）反应Ⅰ为吸热反应，升高温度平衡正向移动，CO产率增大。由图可知T₁时CO产率更高，故T₁>T₂。（4）平衡时H₂浓度为0.4mol/L，则CO浓度也为0.4mol/L（反应Ⅰ中CO和H₂的化学计量数相等）。平衡时c(CH₄)=(1-0.2×2)/2=0.3mol/L，c(CO₂)=0.3mol/L。K=[c(CO)²·c(H₂)²]/[c(CH₄)·c(CO₂)]=(0.4⁴)/(0.3×0.3)≈0.31。（5）升高温度（A）、分离产物（C）可使平衡正向移动，提高转化率；通入He气体（B）对平衡无影响；催化剂（D）不改变平衡，选AC。（三）电化学原理利用CO₂和H₂在新型催化剂作用下可合成甲醇（CH₃OH），同时实现发电，其工作原理如图所示：（6）负极的电极反应式为________________。（7）若电路中转移6mol电子，理论上生成CH₃OH的质量为________g。解析：（6）H₂在负极失电子生成H⁺，电极反应式为H₂-2e⁻=2H⁺。（7）总反应为CO₂+3H₂=CH₃OH+H₂O，转移6mol电子时生成1molCH₃OH，质量为32g。（四）水溶液中的离子平衡25℃时，用0.1mol/LNaOH溶液滴定20mL0.1mol/LH₂CO₃溶液，滴定曲线如图所示：（8）a点溶液中c(H⁺)c(OH⁻)（填“>”“<”或“=”），此时溶液中离子浓度由大到小的顺序为________。（9）b点对应溶液的pH=8.3，此时c(HCO₃⁻)=0.05mol/L，c(CO₃²⁻)=1×10⁻⁴mol/L，则H₂CO₃的Ka₂=________。解析：（8）a点为H₂CO₃与NaHCO₃的混合溶液，溶液显酸性，c(H⁺)>c(OH⁻)。离子浓度顺序：c(Na⁺)>c(HCO₃⁻)>c(H⁺)>c(CO₃²⁻)>c(OH⁻)。（9）Ka₂=[c(H⁺)·c(CO₃²⁻)]/c(HCO₃⁻)，pH=8.3时c(H⁺)=10⁻⁸.³mol/L，Ka₂=(10⁻⁸.³×10⁻⁴)/0.05=2×10⁻¹¹.³（或≈5.0×10⁻¹²）。二、综合题（本题共15分）（一）反应机理与活化能研究发现，反应Ⅰ的催化历程分两步进行：步骤①：CH₄(g)→C(s)+2H₂(g)ΔH=+74.9kJ/mol（慢反应）步骤②：C(s)+CO₂(g)→2CO(g)ΔH=+172.4kJ/mol（快反应）（10）决定反应Ⅰ速率的步骤是________（填“①”或“②”），判断依据是________________。（11）若某温度下反应Ⅰ的速率常数k=2.0×10⁻³min⁻¹，初始浓度c(CH₄)=0.5mol/L，则反应进行500min后，CH₄的浓度为________mol/L（已知ln2≈0.693）。解析：（10）慢反应决定总反应速率，步骤①为慢反应。（11）由速率常数单位知反应为一级反应，ln(c₀/c)=kt，代入数据得ln(0.5/c)=2.0×10⁻³×500=1，解得c=0.5/e≈0.184mol/L。（二）图像分析与数据处理不同压强下，反应Ⅰ中CH₄的平衡转化率与温度的关系如图所示：（12）图中压强p₁、p₂、p₃由大到小的顺序是________，理由是________________。（13）在p₂和T₃条件下，若CH₄的平衡转化率为50%，则该温度下反应Ⅰ的ΔG=________kJ/mol（已知R=8.314J/(mol·K)，T=600K，ln2≈0.693）。解析：（12）反应Ⅰ为气体分子数增大的反应，增大压强平衡逆向移动，CH₄转化率降低。由图可知相同温度下p₁转化率最低，故p₁>p₂>p₃。（13）ΔG=-RTlnK，K=(0.5²×0.5²)/(0.5×0.5)=0.25，lnK=-1.386，ΔG=-8.314×10⁻³×600×(-1.386)≈+7.0kJ/mol。三、拓展应用题（共10分）工业上常用氨水吸收CO₂生成NH₄HCO₃，再通过热分解制备CO₂。已知25℃时，NH₃·H₂O的Kb=1.8×10⁻⁵，H₂CO₃的Ka₁=4.5×10⁻⁷，Ka₂=4.7×10⁻¹¹。（14）0.1mol/LNH₄HCO₃溶液的pH________7（填“>”或“<”），通过计算说明：。（15）若用等浓度的NaOH溶液替代氨水吸收CO₂，写出总反应的离子方程式：，比较两种吸收剂的优缺点：________________。解析：（14）NH₄⁺的水解常数Kh=Kw/Kb=10⁻¹⁴/1.8×10⁻⁵≈5.6×10⁻¹⁰，HCO₃⁻的水解常数Kh'=Kw/Ka₁=10⁻¹⁴/4.5×10⁻⁷≈2.2×10⁻⁸。由于Kh'>Kh，溶液显碱性，pH>7。（15）离子方程式：CO₂+OH⁻=HCO₃⁻。氨水优点：可循环利用，成本低；缺点：吸