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1、2020-2021 高考化学备考之化学反应原理综合考查压轴突破训练培优篇含答案一、化学反应原理综合考查1 （ 15 分）甲烷水蒸气催化重整（ SMR）是传统制取富氢混合气的重要方法，具有工艺简单、成本低等优点。回答下列问题：（1）已知1000 K 时，下列反应的平衡常数和反应热：CH421H1(g)C(s)+2H (g) K =10.22CO(g)C(s)+CO(g) K2=0.6H22CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) K3=1.4H3CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2 (g) K4H4（ SMR）则 1000 K 时， K4=_； H4=_（用H1、 H2 、
2、H3 来表示）。（2）在进入催化重整装置前，先要对原料气进行脱硫操作，使其浓度为0.5 ppm 以下。脱硫的目的为 _。（ 3）下图为不同温度条件下电流强度对CH4 转化率的影响。由图可知，电流对不同催化剂、不同温度条件下的甲烷水蒸气催化重整反应均有着促进作用，则可推知 H4_0（填 “ 或”“ 增加 10Ni-3MgO/-Al 2O3 温度高于 750 时，几种情况下的反应均达到平衡，催化剂不改变平衡状态 = 第 步的活化能大，反应速率慢【解析】【分析】【详解】（1）方程式 CH4222 - 得到，(g)+2H O(g)CO (g)+4H (g)，是由方程式 +2K4= K1K 32 = 1
3、0.21.42 =33.32， H4= H1+2 H3- H2。K 20.6（2）硫会与催化剂反应，会使催化剂中毒，因此要脱硫。（3）由图可知电流相同时，750 甲烷的转化率比600 时甲烷的转化率高，说明温度越高，转化率越高，K 越大，H40。（4）据图可知，随温度降低，H2 产率的变化幅度也增大，电流对H2 产率的影响作用逐渐增加； 600 时， 10Ni-3MgO/-Al 2 32O 催化剂在不同电流时H 产率的变化幅度最大，因此电流对 10Ni-3MgO/-Al 2O3 催化剂影响最为显著；测试时间为6 小时，当温度高于 750 时，由于反应速率加快，反应已经达平衡移动，而催化剂不影响
4、平衡移动，因此无论电流强度大小，有无催化剂， H2 产率趋于相同。（ 5）同一化学反应，催化剂只能改变反应的速率，对反应热不会造成影响，故过程和 H 相等。根据活化能越大，反应速率就越慢，故控制整个反应速率的是活化能较高的步骤，即控速步骤为第 步。2 氨催化氧化是硝酸工业的基础，氦气在Pt 催化剂作用下发生主反应和副反应：.4NH(g)+5O2(g)4NO(g)+6H O(g)H=-905 kJ/mol321.4NH3(g)+3O 2(g)2N2(g)+6H 2O(g)H2（1）已知：NOO2N2物质中断裂 1mol 化学键需要的能量 /kJ6294969422_。则H=（2）以 Pt 为催化
5、剂，在1L 密闭容器中充入1mol NH3 和 2mol O 2，测得有关物质的量与温度的关系如下图：该催化剂在高温时对反应_更有利（填“”或“”）。 520时， NH3 的转化率为 _。 520时，反应的平衡常数 K=_（数字计算式）。下列说法正确的是 _ （填标号）。A 工业上氨催化氧化生成NO时，最佳温度应控制在840左右B 增大 NH3 和 O2 的初始投料比可以提高NH3 生成 NO的平衡转化率C 投料比不变，增加反应物的浓度可以提高NH3 生成NO的平衡转化率D 使用催化剂时，可降低反应的活化能，加快其反应速率温度高于840时， NO的物质的量减少的原因可能是_。（3）在有氧条件下
6、，新型催化剂M能催化NH3 与NOx反应生成N2。NH3 与NO2 生成N2 的反应中，当生成1mol N2 时，转移的电子数为_mol。将一定比例的反应相同时间O2、 NH3 和 NOx的混合气体，匀速通入装有催化剂的反应器中反应。NOx 的去除率随反应温度的变化曲线如下图所示，在50- 250范围内随着温度的升高， NOx 的去除率先迅速上升后上升缓慢的主要原因是_。【答案】 -1265kJ/mol10.220.96AD 催化剂失去活性、有其他副反应发60%1.4530.44生、生成 NO的反应为放热反应温度升高生成NO的转化率降低24迅速上升段是催化剂7活性随温度升高增大与温度升高共同使
7、NO去除反应速率迅速增大；上升缓慢段主要是温x度升高引起的 NOx 去除反应速率增大【解析】【分析】（1）利用盖斯定律和 H=反应物总键能 -生成物总键能计算；（2） 由图可知，该催化剂在高温时，生成的NO 物质的量远大于氮气的； 根据图示 A 点计算出两个反应消耗氨气的量，再计算转化率； 利用 A 点，计算出两个反应后剩余的氨气，氧气，生成的水和N2，再根据平衡常数公式计算； A. 工业上氨催化氧化生成NO 时，根据图示可知 840 生成 NO 最多，故 A 正确；B.增大 NH 和 O的初始投料比可以降低NH转化率，提高氧气转化率，故B 错误；323C.投料比不变，增加反应物的浓度可以看成
8、增大压强，不利于向体积增大的方向进行，因此降低 NH3 生成 NO 的平衡转化率，故C 错误；D.使用催化剂时，可降低反应的活化能，加快其反应速率，故D 正确； 温度高于840 时， NO 的物质的量减少的原因可能是催化剂失去活性、有其他副反应发生、生成NO 的反应为放热反应温度升高生成NO 的转化率降低；（ 3） 8NH 3+6NO2=7N2+12H2O 根据方程式判断； 在 50-250 范围内随着温度的升高，NOx 的去除率先迅速上升后上升缓慢的主要原因是迅速上升段是催化剂活性随温度升高增大与温度升高共同使NOx 去除反应速率迅速增大；上升缓慢段主要是温度升高引起的NOx 去除反应速率增
9、大；【详解】（1）盖斯定律： - 得 2N2(g)+2O24NO(g) H= H1 - H2=-905- H2kJ/mol ；H=反应物总键能-生成物总键能 =2 942 kJ/mol +2 496 kJ/mol -4 629 kJ/mol；=360kJ/mol所以： H2=H1 - H=-905 kJ/mol -360 kJ/mol =-1265kJ/mol ；答案： -1265kJ/mol（2） 由图可知，该催化剂在高温时，生成的 NO 物质的量远大于氮气的，故该催化剂在高温下选择反应 I；答案： 520 时，4NH（g） +5O4NO（ g） +6H O（g）322变化（ mol ）：0
10、.20.250.20.34NH（ g） +3O （ g）2N （ g）+6H O（ g）3222变化（ mol ）： 0.40.30.20.60.20.4NH3 的转化率为 100%=60%1答案 :60% 在 1L 密闭容器中充入 1mol NH3 和 2mol O2， 520平衡时 n（ NO） =n（ N2） =0.2mol ，则：4NH3（ g） +5O24NO（ g）+6H2O（ g）变化（ mol ）： 0.20.250.20.34NH3（ g） +3O2（g）=2N2（ g） +6H2O（ g）变化（ mol ）： 0.40.30.20.6故平衡时， n（NH3 ） =1mol-
11、0.2mol-0.4mol=0.4mol ，n（ O2） =2mol-0.25mol-0.3mol=1.45mol ， n（ H2O） =0.3mol+0.6mol=0.9mol ，由于容器体积为1L，利用物质的量代替浓度计算平衡常数 K= 0.220.960.441.45 3答案：0.220.960.441.453 A. 工业上氨催化氧化生成NO 时，根据图示可知840 生成 NO 最多，故 A 正确；B.增大 NH 和 O的初始投料比可以降低NH转化率，提高氧气转化率，故B 错误；323C.投料比不变，增加反应物的浓度可以看成增大压强，不利于向体积增大的方向进行，因此降低 NH3 生成 N
12、O 的平衡转化率，故C 错误；D.使用催化剂时，可降低反应的活化能，加快其反应速率，故D 正确；答案： AD 温度高于840 时， NO 的物质的量减少的原因可能是催化剂失去活性、有其他副反应发生、生成 NO 的反应为放热反应温度升高生成NO 的转化率降低；答案：催化剂失去活性、有其他副反应发生、生成NO 的反应为放热反应温度升高生成NO的转化率降低（3） 8NH3+6NO2=7N2+12H2O 生成 N2 的反应中，当生成1mol N2 时，转移的电子数为24mol ；7答案：247 反应相同时间NOx 的去除率随反应温度的变化曲线如下图所示，在50-250 范围内随着温度的升高，NOx 的
13、去除率先迅速上升后上升缓慢的主要原因是迅速上升段是催化剂活性随温度升高增大与温度升高共同使NOx 去除反应速率迅速增大；上升缓慢段主要是温度升高引起的 NOx 去除反应速率增大；答案：迅速上升段是催化剂活性随温度升高增大与温度升高共同使NOx 去除反应速率迅速增大；上升缓慢段主要是温度升高引起的NOx 去除反应速率增大【点睛】本题难点是图象分析应用，易错点平衡常数的计算，注意三段式法在平衡计算中的应用。3 中国是世界上最大的钨储藏国，超细钨粉是生产硬质合金所必须的原料。（ 1）工业上可以采用铝热还原法生产钨铁合金，已知：WO3(s)+2Al(s)=W(s)+Al2O3(s) ?H1 3Fe3O
14、4(s)+8Al(s)=9Fe(s)+4Al2O3(s) ?H2则四氧化三铁与钨反应的热化学方程式为_(反应热写为 ?H3 并用含 H1、 AH2 的代数式表示)；在反应中若有0.1molFe3O4 参加反应，则转移电子_mol 。（2）自然界中钨主要存在于黑钨矿中(主要成分是铁和锰的钨酸盐)，从中制备出黄钨(WO3)后再用 H2 逐级还原： WO3 WO2.90 WO2.72 WO2W，总反应为3H2(g)+WO3(s)?W(s)+3H2O(g) ?H，实验测得一定条件下平衡时H2 的体积分数曲线如图所示：由图可知，该反应的?H_(填 “或”“”“或 BD 75% 27 加快氢气的流速可以脱
15、除氢气中的水蒸汽，提高钨的产率【解析】【分析】【详解】（ 1） WO3(s)+2Al(s)=W(s)+Al2O3(s) ?H1 3Fe3O4(s)+8Al(s)=9Fe(s)+4Al2O3(s) ?H2由盖斯定律：-4，则四氧化三铁与钨反应的热化学方程式为3Fe3O4(s) 4W(s)=9Fe(s)4WO 3(s) H3=H2-4H1(反应热写为 ?H3 并用含 H1、 AH2 的代数式表示 )；在反应中若有 0.1molFe3O4 参加反应，则转移电子8 3 0.1mol=0.8mol。故答案为： 3Fe3O4(s)34W(s)=9Fe(s) 4WO3(s) H3=H2-4H1； 0.8；（
16、 2）由图可知， 3H2 (g)+WO3(s) ? W(s)+3H2O(g) 随温度升高，氢气的体积分数减小，平衡正向进行，正向为吸热反应，该反应的?H0； a 点要达平衡状态，氢的体积分数要减小，反应正向进行，a 点处的v 正 v 逆 。故答案为：； ；如果上述反应在体积不变的密闭容器中达到平衡，A氢气消耗的速率与水消耗的速率相等，v 正 (H2)=v逆 (H2O)，故A 正确；B WO3 是固体，加入WO3，则H2 的转化率不变，故B 错误；C反应前后气体的质量不同，容器内气体的密度不变时，一定达到平衡状态，故确；C 正D反应前后气体的体积不变，容器内压强不变时，不一定达到平衡状态，故故答
17、案为： BD；D 错误；由图可知900K， M点时氢气的体积分数为25%，设氢气的起始量为3mol ，转化率为x，氢气的变化量为3xmol，列出三段式：3H 2 gWO3 s ? W s3H 2O g开始30转化3x3x平衡3 3x3x则有 3 3x 100% 25% ， x=0.75，氢气的平衡转化率为75%；3平衡常数可用平衡分压代替平衡浓度计算，气体分压=气体总压 物质的量分数。水蒸汽的3分压为 p 总0.75，氢气的分压为 p 总 0.25， Kp (900K)=0.753=33 =27。故答案为： 75%；0.2527；在高温下，氧化钨会与水蒸气反应生成一种挥发性极强的水钨化合物WO
18、2(OH)2，因此在反应中要适当加快氢气的流速，原因是加快氢气的流速可以脱除氢气中的水蒸汽，提高钨的产率。故答案为：加快氢气的流速可以脱除氢气中的水蒸汽，提高钨的产率。【点睛】本题考查化学平衡的计算，把握盖斯定律计算焓变、化学平衡三段法、转化率及Kp 的计算为解答的关键，侧重分析与应用能力的考查，综合性较强，难点（2）列出三段式，利用 Kp 的定义进行计算。4 CO2 和 CH 4 是两种主要的温室气体，以CH4 和 CO2 为原料制造更高价值的化学产品是用来缓解温室效应的研究方向，回答下列问题：( 1) 工业上 CH 4H 2 O 催化重整是目前大规模制取合成气（CO 和 H2 混合气称为合
19、成气）的重要方法，其原理为：反应： CH 4 (g)垐 ?3H 2(g) ； H 1206.4kJ mol1H 2 O(g) 噲 ? CO(g)反应： CO(g)H 2O(g) ? CO 2 (g)H 2 (g)； H 241kJ mol 1CH 4 (g) 和 H 2O(g) 反应生成 CO 2 (g) 和 H 2 (g) 的热化学方程式是_ 。( 2)将 1 molCH 4 (g) 和 1 mol H 2O(g) 加入恒温恒压的密闭容器中（温度298K、压强100kPa），发生反应，不考虑反应的发生，该反应中，正反应速率v正k正p CH 4p H 2 O ， p 为分压（分压 =总压物质的
20、量分数），若该条件下k正4.5104kPa1s1-1。，当 CH 4 分解 20%时， v正 _kPa?s( 3)将 CO2 和 CH 4 在一定条件下反应可制得合成气，在1 L 密闭容器中通入CH 4 与CO2 ，使其物质的量浓度均为 1.0 mol L 1 ，在一定条件下发生反应：CH 4 (g)CO2垐 ?CH(g) 噲 ? 2CO(g) 2H 2 (g) ，测得4 的平衡转化率与温度及压强的关系如下图所示：压强 P1 、 P2 、 P3 、 P4 由小到大的关系为_。对于气相反应，用某组分（B）的平衡压强p( B) 代替物质的量浓度c( B) 也可表示平衡常数（记作 K p ），如果
21、P42 MPa ，求 x 点的平衡常数K p_（用平衡分压代替平衡浓度计算）。下列措施中能使平衡正向移动的是_（填字母）。a升高温度b增大压强c保持温度、压强不变，充入Hed恒温、恒容，再充入1 mol CO2 和 1 molCH 4( 4) 科学家还研究了其他转化温室气体的方法，利用图所示装置可以将CO2 转化为气体燃料 CO（电解质溶液为稀硫酸），该装置工作时，M 为 _极（填“正”或“负”），导线中通过2 mol 电子后，假定体积不变M 极电解质溶液的pH_（填“增大”、“减小”或“不变”），N 极电解质溶液变化的质量m _g。【答案】CH 4 (g)2H 2O(g) =CO2 (g)4
22、H 2 (g)H165.4kJ mol 10. 5P1 P2P3 P416 (MPa) 2 或 1.78(MPa) 2acd负不变189【解析】【分析】【详解】( 1) 反应：CH 4垐 ?3H 2(g)H 1206.4kJmol1(g) H 2O(g) 噲 ? CO(g)反应： CO(g)H 2O(g) ? CO 2 (g)H 2 (g) ；H 241kJ mol 1利用盖斯定律，将反应+反应，即可得出热化学方程式为CH 4 (g)2H 2 O(g) =CO 2 (g)4H 2 (g)H165.4kJmolCH 4 (g)2H 2 O(g) =CO 2 (g)4H 2 (g)H165.4kJ
23、mol1 。答案为：1 ；( 2) 当 CH4 分解 20%时，建立如下三段式：CH 4 (g)H 2 O(g) ?CO(g)3H 2 (g)起始量 (mol)1100变化量 (mol)0.20.20.20.6平衡量 (mol)0.80.80.20.6v正k正 p CH 4p H 2 O =4. 5 10-1(0.80.84 kPa1?s 100kPa) (100kPa)= 0. 52.42.4- 1kPa?s 。答案为： 0. 5；( 3) 从方程式看，加压平衡逆向移动，CH4 的转化率减小，由此得出压强P1 、 P2 、 P3 、P4 由小到大的关系为P1P2 P3P4 。答案为： P1P
24、2P3 P4 ；在 x 点， CH4的转化率为50%，建立三段式：CH 4 (g)CO 2 (g)?2CO(g)2H 2 (g)起始量 (mol)1100变化量 (mol)0.50.511平衡量 (mol)0.50.511( 1 2MPa)2( 12MPa)2x 点的平衡常数 Kp=33=16 (MPa) 2 或 1.78(MPa) 2 。答案为：0.52MPa0.52MPa93316 (MPa) 2 或 1.78(MPa)2 ；9 a从图象看，升高温度， CH4 的转化率增大，则正反应为吸热反应，升高温度平衡右移， a 符合题意；b反应物气体分子数小于生成物气体分子数，增大压强，平衡逆向移动
25、，b 不合题意；c保持温度、压强不变，充入He，则容器体积增大，平衡正向移动，c 符合题意；d恒温、恒容，再充入1 mol CO2 和 1 molCH 4 ，则增大反应物浓度，平衡正向移动， d 符合题意；故选 acd。答案为： acd；-+( 4) 该装置工作时， M 极由 H2O 失电子转化为 O2，则其为负极； M 极： 2H2O- 4e =O2+4H ，N 极： 2CO2+4e- +4H+=2CO+2H2O，导线中通过 2mol 电子， M 极生成 2molH +，同时有2molH +转移入正极，所以M 极 c( H+) 不变，电解质溶液的 pH 不变；导线中通过 2mol 电子， N
26、 极生成 1molH 2O，电解质溶液变化的质量m =1mol 18g/ mol=18g。答案为：负；不变； 18。【点睛】电极发生反应后，溶液仍呈电中性，所以离子会发生迁移，如反应-+2H2 O- 4e=O2+4H ，当电路中通过 4mole - 时，溶液中多出了4molH +，为保持溶液电性的平衡，应转移出4molH +，或转移入带 4mol 负电荷的阴离子。5 （ 1）如图的氮循环是生态系统物质循环的重要部分，人类活动加剧了氮循环中的物质转化。下列说法正确的是_（填字母序号）A 固氮过程中， N2 只做氧化剂B 硝化过程需要有氧化剂参与C 反硝化过程有助于弥补人工固氮对氮循环造成的影响D
27、 同化、氨化过程中，实现了氮元素在无机物和有机物之间的转化反硝化过程中， CH3OH 可作为反应的还原剂，1mol 还原剂失去 6mol 电子。请将该反应的离子方程式补充完整： 5CH3OH+ NO3_+_+_+_，_（2）研究表明，氮氧化物（NOx）和二氧化硫都与大气中雾霾的形成有关。已知： SO2 生成 SO3 总反应方程式是 2SO2(g) O2(g)2SO3(g) H 196.6kJ/mol此反应可通过如下两步完成：2NO(g) O2 (g)2NO2(g) H1 113kJ/molNO2(g) SO2(g)SO3(g) NO(g) H2_。一定温度下，向2L 恒容密闭容器中充入 NO2
28、2各 1mol， 5min 达到平衡，此时容器和 SO中 NO2 和 NO 的浓度之比为1 3，则 NO2 的平衡转化率是 _。（3）砷（ As）是第四周期 A 族元素，其化合物，有着广泛的用途。AsH3 的稳定性比 NH3 的稳定性 _（填 “强 或“弱 ）。用原子结构解释原因_。常将含砷废渣（主要成分为As2S3）制成浆状，通入 O2 氧化，生成 H3AsO4 和单质硫。写出发生反应的化学方程式_。 298K 时，将 20mL3xmol?L-1Na3AsO3、 20mL3xmol?L-1I2 和 20mLNaOH 溶液混合，发生反应： AsO33-(aq)+I2(aq)+2OH-AsO43
29、-(aq)+2I-(aq)+H2O(l)。溶液中 c(AsO43)与反应时间（ t ）的关系如图所示。若平衡时溶液的pH=14，则该反应的平衡常数K 为 _。【答案】 BCD5CH33-2-2-2O41.8kJ/mol75%弱N33OH+6NON +4HCO +CO+8H和 As 位于同一主族， As 的电子层数比N 的多，原子半径As 比 N 的大，得电子能力As比N 弱，非金属性As 比 N 弱，氢化物 AsH 的稳定性比 NH 弱2As S +5O +6HO=4H AsO+6S332322344y 3(x-y) 2【解析】【分析】【详解】（1） A氮气在大气中氧化为亚硝酸根离子、硝酸根离
30、子，N 的化合价升高，被氧化，所以 N2 作还原剂，故A 错误；B NH3 转化成 HNO2，增加了O 元素，则NH3 被氧气氧化，所以在硝化细菌作用下发生的硝化过程需要有氧化剂参与，故B 正确；C反硝化过程，生成氮气，向大气提供氮气，即反硝化过程有助于弥补人工固氮对氮循环造成的影响，故 C 正确；D氨化过程是动植物蛋白转化为氨气或铵根离子，即有机物转化为无机物，同化、氨化过程中，实现了氮元素在无机物和有机物之间的转化，故D 正确；故选 BCD。反硝化过程中，CH3可作为反应的还原剂，3OH1mol 还原剂失去 6mol 电子。 CH OH 与硝酸根离子反应生成氮气、碳酸根离子、碳酸氢根离子和水，反应的离子方程式为：-2-5CH3OH+6NO3N2 +4HCO3 +CO3+8H2 O，故答案为： 5CH3OH+6NO3-+CO32-+8H2O；N2 +4HCO3（2） .2SO2(g)O2(g)2SO3(g) H 196.6kJ mol 1 .2NO(g) O2(g)2NO2(g)H1 113kJ mol 1盖斯定律计算（1-） 得到 NO2 (g