大题研究(一)　化学反应原理综合题

大题研究(一)化学反应原理综合题01.研真题

明确考向02.题型练

提升考能内容索引01.研真题明确考向【真题】

(2025·陕晋青宁卷)MgCO3/MgO循环在CO2捕获及转化等方面具有重要应用。科研人员设计了利用MgCO3与H2反应生成CH4的路线，主要反应如下：Ⅰ.MgCO3(s)===MgO(s)＋CO2(g)

ΔH1＝＋101kJ·mol－1Ⅱ.CO2(g)＋4H2(g)===CH4(g)＋2H2O(g)

ΔH2＝－166kJ·mol－1Ⅲ.CO2(g)＋H2(g)===H2O(g)＋CO(g)

ΔH3＝＋41kJ·mol－1回答下列问题，(1)计算MgCO3(s)＋4H2(g)===MgO(s)＋2H2O(g)＋CH4(g)

ΔH4＝________kJ·mol－1。－65解析：已知Ⅰ.MgCO3(s)===MgO(s)＋CO2(g)

ΔH1＝＋101kJ·mol－1；Ⅱ.CO2(g)＋4H2(g)===CH4(g)＋2H2O(g)

ΔH2＝－166kJ·mol－1，将Ⅰ＋

Ⅱ可得MgCO3(s)＋4H2(g)===MgO(s)＋2H2O(g)＋CH4(g)

ΔH4＝ΔH1＋ΔH2＝＋101kJ·mol－1＋(－166kJ·mol－1)＝－65kJ·mol－1。(2)提高CH4平衡产率的条件是________。A．高温高压

B．低温高压C．高温低压

D．低温低压B解析：已知反应Ⅱ.CO2(g)＋4H2(g)===CH4(g)＋2H2O(g)

ΔH2＝－166kJ·mol－1为放热反应，要提高CH4平衡产率，就要使平衡正向移动。高温会使平衡逆向移动，不利于提高CH4平衡产率，A错误；低温使平衡正向移动，高压也使平衡正向移动，可提高CH4平衡产率，B正确；高温会使平衡逆向移动，低压会使平衡逆向移动，不利于提高CH4平衡产率，C错误；低压会使平衡逆向移动，不利于提高CH4平衡产率，D错误。(3)高温下MgCO3分解产生的MgO催化CO2与H2反应生成CH4，部分历程如图，其中吸附在催化剂表面的物种用*标注，所示步骤中最慢的基元反应是________(填序号)，生成水的基元反应方程式为____________________________。④HO*＋H2*＋CH2*===CH3*＋H2O解析：反应活化能越高，反应速率越慢，从图中可以看出，第四步活化能最高，速率最慢，基元反应为CH3*＋H*＋2H2O===CH4*＋2H2O；由图可知，在第三步时生成了水，基元反应为HO*＋H2*＋CH2*===CH3*＋H2O。(4)100kPa下，在密闭容器中H2(g)和MgCO3(s)各1mol发生反应。反应物(H2、MgCO3)的平衡转化率和生成物(CH4、CO2)的选择性随温度变化关系如图(反应Ⅲ在360℃以下不考虑)。

c

0.2反应Ⅱ平衡逆向移动的程度大于反应Ⅲ平衡正向移动的程度解析：已知反应Ⅰ为吸热反应，

Ⅱ为放热反应，Ⅲ为吸热反应，根据图像，温度逐渐升高，则碳酸镁的转化率逐渐升高，氢气的转化率下降，在360℃以下不考虑反应Ⅲ，则二氧化碳的选择性上升，甲烷的选择性下降，所以a表示碳酸镁的转化率，b表示二氧化碳的选择性，c表示甲烷的选择性。①表示CH4选择性的曲线是c；②点M温度下，从图中看出碳酸镁的转化率为49%，则剩余的碳酸镁为0.51mol，根据碳原子守恒，甲烷和二氧化碳中碳原子的物质的量之和为0.49mol，

③在550℃下达到平衡时，碳酸镁完全转化，二氧化碳的选择性为70%，甲烷的选择性为10%，则生成的二氧化碳为0.7mol，生成的甲烷为0.1mol，根据碳原子守恒得出n(CO)＝1mol－0.7mol－0.1mol＝0.2mol；因为反应Ⅱ是放热的，反应Ⅲ是吸热的。在500～600℃，随温度升高，反应Ⅱ逆向移动，反应Ⅲ正向移动，反应Ⅱ生成的氢气多于反应Ⅲ消耗的氢气，导致H2平衡转化率下降。【高考动向】该综合题主要考查热化学、化学反应速率和化学平衡等主干理论知识，主要命题点有盖斯定律的应用、反应速率和化学平衡的分析、化学平衡常数的表达式书写与计算、反应条件的分析选择、生产生活中的实际应用等，试题常以填空、读图、作图、计算等形式呈现。试题一般以与生产、生活紧密联系的物质为背景材料命题，各小题之间又有一定的独立性。主要考查学生的信息处理能力、学科内综合分析能力，应用反应原理解决生产实际中的具体问题的能力，体现了“变化观念与平衡思想”的核心素养。在近几年的相关考题中，对单一因素影响的考查已经越来越少了，主要以“多因素影响”出现，考查考生的综合分析判断能力。以实际情景(场景)为背景，更能体现核心素养的要求。而在实际生产过程中，影响因素是多元化、多方位和多层次的。02.题型练提升考能再练真题1．(2025·河北卷)乙二醇(EG)是一种重要的基础化工原料，可通过石油化工和煤化工等工业路线合成。(1)石油化工路线中，环氧乙烷(EO)水合工艺是一种成熟的乙二醇生产方法，环氧乙烷和水反应生成乙二醇，伴随生成二乙二醇(DEG)的副反应。主反应：EO(aq)＋H2O(l)===EG(aq)

ΔH<0副反应：EO(aq)＋EG(aq)===DEG(aq)体系中环氧乙烷初始浓度为1.5mol·L－1，恒温下反应30min，环氧乙烷完全转化，产物中n(EG)∶n(DEG)＝10∶1。①0～30min内，v总(EO)＝________mol·L－1·min－1。②下列说法正确的是________(填标号)。a．主反应中，生成物总能量高于反应物总能量b．0～30min内，v总(EO)＝v总(EG)c．0～30min内，v主(EG)∶v副(DEG)＝11∶1d．选择适当催化剂可提高乙二醇的最终产率0.05cd

(2)煤化工路线中，利用合成气直接合成乙二醇，原子利用率可达100%，具有广阔的发展前景。反应如下：2CO(g)＋3H2(g)⇌HOCH2CH2OH(g)

ΔH。按化学计量比进料，固定平衡转化率α，探究温度与压强的关系。α分别为0.4、0.5和0.6时，温度与压强的关系如图所示。

L1

该反应为气体体积减小的反应，温度相同时，增大压强，平衡正向移动，平衡转化率增大<＝12

解析：①2CO(g)＋3H2(g)⇌HOCH2CH2OH(g)

ΔH，该反应为气体体积减小的反应，温度相同时，增大压强，平衡正向移动，平衡转化率增大，p(L1)>p(L2)>p(L3)，故L1、L2、L3对应α为0.6、0.5、0.4。②由图可知，压强相同时，温度升高，平衡转化率减小，说明升高温度平衡逆向移动，则正反应为放热反应，ΔH<0。

题型预测2.(2025·山西晋中二模)我国向国际社会承诺2030年实现“碳达峰”，2060年实现“碳中和”。CO2加氢可以合成甲醇：ⅰ.CO2(g)＋3H2(g)⇌CH3OH(g)＋H2O(g)

ΔH＝－49.4kJ·mol－1。回答下列问题：(1)化学上规定，通常条件下，稳定单质的焓(H)为0，有关物质的焓如下表所示，则a＝________，反应i的活化能Ea(正)________(填“大于”“小于”或“等于”)Ea(逆)。物质CO2(g)H2O(g)CH3OH(g)焓/kJ·mol－1－394－242a－201.4小于解析：焓变为生成物与反应物焓值差，根据题干信息，稳定单质的焓(H)为0，结合各物质焓可知，ΔH＝(－242kJ·mol－1)＋a－(－394kJ·mol－1)－0＝－49.4kJ·mol－1，解得a＝－201.4。反应ⅰ为放热反应，则活化能Ea(正)小于Ea(逆)。(2)已知ΔH－TΔS<0时，反应能自发进行，反应ⅰ的ΔS＝－180J·mol－1·K－1，则该反应能自发进行的温度低于________K(保留一位小数)。274.4解析：已知ΔH－TΔS<0时，反应能自发进行，反应ⅰ的ΔH－TΔS＝－49.4kJ·mol－1－T(－180×10－3kJ·mol－1·K－1)＜0，解得T＜274.4K，则该反应能自发进行的温度低于274.4K。(3)反应ⅰ催化机理如图所示，在该历程中，优先与催化剂In2O3反应的物质是________(填化学式，下同)，生成的水分子中的氧原子来自________。H2In2O3资料显示：水可以使催化剂活化点位减少。利用计算机模拟，研究添加适量水蒸气前后对能垒较大的反应历程能量变化的影响，结果如图所示(吸附在催化剂表面上的物种用*标注)。结合资料、上图及学过的知识推测，在反应中添加水蒸气将如何影响甲醇产率及产生这种影响的原因：________________________________________________________________________________________________________________________________________(答一条)。

催化剂活化点位减少，吸附反应物能力减弱，甲醇产率下降或水蒸气过多，平衡逆向移动，甲醇产率下降或有水参与的反应历程，活化能较小，反应速率加快，甲醇产率上升解析：由反应ⅰ催化机理图可知，在该历程中，优先与催化剂In2O3反应的物质是H2，生成的水分子中的氧原子来自In2O3。结合资料、上图及学过的知识推测，催化剂活化点位减少，吸附反应物能力减弱，甲醇产率下降或水蒸气过多，平衡逆向移动，甲醇产率下降或有水参与的反应历程，活化能较小，反应速率加快，甲醇产率上升。

①表示平衡时CH3OH的选择性S随温度变化的曲线是________(填“x”或“y”)。②250℃时，平衡体系中有2molCO，则CO2的平衡转化率＝________，反应ⅰ的Kx＝________(Kx是以组分体积分数代替物质的量浓度表示的平衡常数)。③若CO的选择性位于p、q两点，反应ⅱ的逆反应速率：v逆(p)________(填“>”“＝”或“<”)v逆(q)。x80%800＞

3．(2025·河北石家庄二模)丙烯是重要的化工产品，也是衡量国家化工水平的重要指标之一、工业上利用丙烷脱氢法制丙烯，反应方程式如下。主反应：ⅰ.C3H8(g)⇌C3H6(g)＋H2(g)

ΔH1＝＋124kJ·mol－1副反应：ⅱ.C3H8(g)⇌CH4(g)＋C2H4(g)

ΔH2＝＋81.3kJ·mol－1ⅲ.C2H4(g)＋H2(g)⇌C2H6(g)

ΔH3请回答下列问题：(1)已知H2(g)、C2H6(g)、C2H4(g)的燃烧热分别为－285.8kJ·mol－1、－1560kJ·mol－1、－1411kJ·mol－1。计算ΔH3＝_______________。－136.8kJ·mol－1

(2)向容积可变的密闭容器中加入1molC3H8(g)，分别在0.1MPa和0.01MPa下，不同温度时，发生上述反应，反应达到平衡时，丙烷的转化率及0.1MPa下C3H8(g)和C3H6(g)的物质的量分数随温度变化的曲线如图所示。①L2曲线所在的压强为__________MPa；L1代表__________物质在0.1MPa下的物质的量分数随温度变化的曲线，判断理由为__________________________________________________________。②若在560℃，0.1MPa下反应进行nmin时反应达到平衡，反应ⅰ用C3H8(g)表示0～nmin时间内的平均反应速率为_______mol·min－1；反应ⅰ的压强平衡常数Kp为__________MPa(Kp为用平衡分压代替平衡浓度计算的平衡常数，保留三位有效数字)。0.01C3H8(g)反应ⅰ为吸热反应，升高温度，平衡正向移动，C3H8(g)物质的量分数减小

0.00646解析：①对于反应ⅰ和ⅱ，正反应是气体体积增大的反应，减小压强，平衡正向移动，丙烷转化率增大，所以L2曲线所在压强为0.01MPa，L3曲线表示的压强为0.1MPa；反应ⅰ是吸热反应，升高温度，平衡正向移动，C3H8(g)物质的量分数减小，C3H6(g)物质的量分数增大，所以L1曲线代表C3H8(g)物质在0.1MPa下的物质的量分数随温度变化的曲线，理由是反应ⅰ为吸热反应，升高温度，平衡正向移动，C3H8(g)物质的量分数减小，则L4曲线代表C3H6(g)的物质的量分数随温度变化的曲线；

(3)在中性或碱性环境中，通过可再生电能进行CO2电化学还原实现了高效合成丙烯，得到丙烯的电极为__________(填“阴极”或“阳极”)；其电极反应式为_________________________________。阴极3CO2＋18e－＋12H2O===C3H6＋18OH－解析：CO2电化学还原生成丙烯，碳元素化合价降低，发生还原反应，得到丙烯的电极为阴极，电极反应式为3CO2＋18e－＋12H2O===C3H6＋18OH－。4．(2025·辽宁沈阳二模)甲烷化反应为氢气和碳氧化物反应生成甲烷，是一种有效的温室气体减排手段。涉及的反应如下。反应Ⅰ：CO(g)＋3H2(g)⇌CH4(g)＋H2O(g)

ΔH1＝－206.2kJ·mol－1反应Ⅱ：CO(g)＋H2O(g)⇌CO2(g)＋H2(g)

ΔH2＝－41.2kJ·mol－1反应Ⅲ：CO2(g)＋4H2(g)⇌CH4(g)＋2H2O(g)

ΔH3＝－165kJ·mol－1积碳反应：CH4(g)⇌C(s)＋2H2(g)

物质CO(g)CH4(g)H2(g)H2O(g)a－74.90－241.8－110.5

ABcK(A)>K(B)＝K(C)

解析：①容器内CH4、H2O的浓度之比为1∶1,这只是一种特殊的浓度关系，不能说明正逆反应速率相等，也不能表明各组分的浓度不再变化，所以不能判断体系达到化学平衡，A符合题意；该反应体系中气体的总质量不变，容器的容积固定，气体密度始终不变，所以气体密度不再变化不能判断体系达到化学平衡，B符合题意；反应前后气体的总物质的量发生变化，而气体的总质量不变，气体平均摩尔质量是变量，当气体平均摩尔质量不再变化时，说明正逆反应速率相等，体系达到化学平衡，C不符合题意；

(3)相同时间内CH4的产率在高于一定温度时降低，可能原因之一是催化剂活性降低，高温导致催化剂活性降低的原因是_______________________________________。高温时，CH4分解，导致催化剂积碳，活性降低解析：相同时间内CH4的产率在温度高于330℃时降低的可能原因之一是催化剂活性降低，高温导致催化剂活性降低的原因是高温时，主要发生CH4裂解，导致催化剂积碳，活性降低。

(1)ΔH2＝________kJ·mo