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1、2020-2021 全国高考化学化学反应原理综合考查的综合高考模拟和真题汇总及答案解析一、化学反应原理综合考查1 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：.4NH3(g)+5O 2(g)4NO(g)+6H O(g)H=-905 kJ/mol21.4NH3(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
2、“”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，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_mo
3、l。将一定比例的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。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 的去除率先迅速上升后上升缓慢的主要原因是_。【答案】 -1265kJ/mol160%0.220.96AD 催化剂失去活性、有其他副反应发0.441.453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 NO去除反应速率增大x【解析】【分析】（1）利用盖斯定律和 H=反应物总键
4、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 NH3 和 O2 的初始投料比可以降低NH3 转化率，提高氧气转化率，故B 错误；C.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 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，
5、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 去除反应速率增大；【详解】（1）盖斯定律： - 得 2N2(g)+2O24NO(g) H= H1 - H2=-905- H2kJ/mol ；H=反
6、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，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
7、0.20.4NH3 的转化率为 100%=60%1答案 :60% 在 1L 密闭容器中充入 1mol NH和 2mol O， 520平衡时 n（ NO） =n（ N ） =0.2mol ，322则：4NH（ g） +5O4NO（ g）+6H O（ g）322变化（ mol ）： 0.20.250.20.34NH（ g） +3O （g）=2N2（ g） +6H O（ g）322变化（ mol ）： 0.40.30.20.6故平衡时， n（NH3 ） =1mol-0.2mol-0.4mol=0.4mol，n（ O2） =2mol-0.25mol-0.3mol=1.45mol ， n（ H O） =
8、0.3mol+0.6mol=0.9mol ，由于容器体积为 1L，利用物质的量代2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 NH3 和 O2 的初始投料比可以降低NH3 转化率，提高氧气转化率，故B 错误；C.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 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；答案： AD 温度高于 840
9、 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
10、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。2 铁及铁的氧化物广泛应于生产、生活、航天、科研领域。(1)铁氧化合物循环分解水制H2已知： H2221 285.5 kJ/molO(l)=H (g)O (g)H6FeO(s)O (g) =2Fe O(s)H 313.2 kJ/mol2342则： 3FeO(s) H22343O(l)=H (g) Fe O (s)H _(
11、2)Fe O与 CH 反应可制备 “纳米级 ”金属铁，其反应为：3CH (g) Fe O (s)2Fe(s) 2344236H (g) 3CO(g)H42此反应的化学平衡常数表达式为_ 。在容积均为 VL 的 、 、 三个相同密闭容器中加入足量“纳米级 ”金属铁，然后分别充入 a molCO 和 2a mol H 2，三个容器的反应温度分别保持T1、T2、 T3，在其他条件相同的情况下，实验测得反应均进行到t min 时 CO的体积分数如图 1所示，此时 I、 II、 III 三个容器中一定处于化学平衡状态的是_(选填“ ”“ ”或“ ” )；制备“纳米级”金属铁的反应：H4 _ 0(填“”或
12、“” )。在 T 下，向某恒容密闭容器中加入3molCH4(g)和 2mol Fe2O3(s)进行上述反应，反应起始时压强为 P0，反应进行至10min 时达到平衡状态，测得此时容器的气体压强是起始压强的2 3 12 倍。 10 min 内用； T 下该反应的 Kp=Fe O (s)表示的平均反应速率为 _g min_； T 下若起始时向该容器中加入2molCH (g)、4mol Fe O (s)、4231molFe(s)、2mol H2 (g)、2molCO(g)，则起始时 v (正 )_v (逆 ) (填 “ ”、 “ ”或 “ ”)。反应的离子方程式为+2+4+2(3)纳米铁粉与水中34
13、Fe+ NO3NO+10H =4Fe+NH+3H O研究发现，若 pH 偏低将会导致NO3 的去除率下降，其原因是_。相同条件下，纳米铁粉去除不同水样中NO3 的速率有较大差异，图2 中所产生的差异的可能原因是 _(答一条 )。【答案】 128.9 kJ/molc3CO c6H 206反应Kc3CH 4 8P纳米铁粉与 H生成 H2Cu 或 Cu2+催化纳米铁粉去除NO3 的反应 (或形成的 Fe Cu 原电池增大纳米铁粉去除 NO3的反应速率 )【解析】【分析】(1)依据题干热化学方程式，结合盖斯定律进行计算；生成物浓度幂之积(2)化学平衡常数= 反应物浓度幂之积； 2Fe(s) 6H2(g
14、) 3CO(g)? 3CH4(g) Fe2O3 (s)，根据图 1 中 、 、 图象， CO 百分含量由小到大的顺序为 ，结合化学平衡移动分析解答；根据温度对平衡的影响来判断，升高温度平衡逆向移动， CO的转化率减小，据此判断H4 大小；在 T 下，向某恒容密闭容器中加入3molCH4(g)和 2mol Fe2O3(s)进行反应： 3CH4(g)Fe2 O3(s)? 2Fe(s) H2(g) 3CO(g)；反应起始时压强为P0，反应进行至10min 时达到平衡状态，测得此时容器的气体压强是起始压强的2 倍，列出三段式，求用Fe2 O3(s)表示的平均反生成物平衡分压幂次方乘积应速率； Kp；若
15、起始时向该容器中加入2molCH4(g)、 4mol反应物平衡分压幂次方乘积Fe2 O3(s) 1molFe(s)、2mol H2(g)2molCO(g)C 与 K 的关系判断反应进行的方向；、，根据 Q(3) pH 偏低，氢离子浓度偏大，则铁可与氢离子反应生成氢气；由图 2 可知铜离子浓度越大，去除率越大，铜离子可起到催化作用，也可能形成原电池反应。【详解】(1)已知： H2O(l)=H2(g) O2(g)H1 285.5 kJ/mol ； 6FeO(s) O2(g)=2Fe3O4(s)H2313.2 kJ/mol ； 3FeO(s) H2O(l)=H2(g)Fe3O4(s)H3；由盖斯定律
16、可得：= + 1，则H3= H1+1H2 = 285.5 kJ/mol+1(313.2 kJ/mol)= 128.9 kJ/mol ；222(2) 3CH4(g) Fe2O3(s)? 2Fe(s)6H2 (g)3CO(g)的化学平衡常数表达式为c3CO c6 H 2Kc3 CH 4；在容积均为 VL 的 、 、 三个相同密闭容器中加入足量“纳米级 ”金属铁，然后分别充入 a molCO 和 2a mol H 22Fe(s)6H2(g)3CO(g)3CH4(g)Fe2O3(s)1中，发生反应?，根据图、 、 图象， CO百分含量由小到大依次为： ， T1 中的状态转变成 T2 中的状态， CO百
17、分含量减小，说明平衡正向移动，说明T1 未达平衡状态， T2 中的状态转变成T3 中的平衡状态，CO百分含量增大，说明平衡逆向移动，说明T2可能达平衡状态，一定达到化学平衡状态的是 ； 2Fe(s) 6H2(g) 3CO(g)? 3CH4 (g) Fe2O3(s)，该反应正反应为放热反应，则上述反应3CH4(g) Fe2O3(s)2Fe(s)6H2(g) 3CO(g)H4大于0；?的在 T 下，向某恒容密闭容器中加入3molCH4(g)和 2mol Fe2O3(s)进行上述反应，反应起始时压强为 P0，反应进行至 10min 时达到平衡状态，测得此时容器的气体压强是起始压强的2 倍，设消耗甲烷
18、的物质的量为xmol ，则：3CH 4 (g) +Fe2O 3 (s)?2Fe(s)+6H 2 (g) +3CO(g)初始 (mol)32000变化 (mol)x1 x2xx3平衡 (mol)3-x2xx压强之比为气体物质的量之比，则平衡时气体物质的量为6mol ，列式为3-x+2x+x 6，解得 x 1.5mol ， 10 min 内用 Fe2O3(s)表示的平均反应速率为1 1.5mol160g/molp3=8g/min ， T下该反应的K10min生成物平衡分压幂次方乘积p6H 2p3COP0 6( 1 P0 )3=2=P06 ；假设容器的体积为=p3CH 41反应物平衡分压幂次方乘积(
19、P0 )321L，则在 T 下，平衡时有 1.5molCH43molH2(g) 1.5molCO(g)(g)，该反应的平衡常数 K=，36）（） （cCOc H2=3）（cCH 41.53366；若起始时向该容器中加入2molCH42 3(s)、1.53=3(g)、 4mol Fe O36）C=（） （c CO cH 2=1molFe(s)、2mol H2 (g)、2molCO(g)， Q3）（cCH 42326=26v (逆)；(3) pH 偏低，氢离子浓度偏大，则铁可与氢离子反应生成氢气，可导致NO3-的去除率下降；由图 2 可知铜离子浓度越大，去除率越大，铜离子可起到催化作用，也可能形成
20、原电池反应。【点睛】本题 (2)判断正逆反应速率相对大小时，要注意应用等效平衡的思想判断正逆反应进行的方向。3Cr、 S 等元素的化合物常会造成一些环境问题，科研工作者正在研究用各种化学方法来消除这些物质对环境的影响。（1）还原沉淀法是处理含铬（Cr2O72- 和 CrO42- ）工业废水的常用方法，过程如下：-1 的 Na2 42 72-+ 已知：常温下，初始浓度为 1.0 mol LCrO溶液中 c(Cr O)随 c(H )的变化如图所示。则上述流程中CrO42- 转化为 Cr2O72-的离子方程式为 _ 。 还原过程中氧化剂与还原剂的物质的量之比为_。 Cr 3+与 Al3+的化学性质相
21、似，对CrCl3溶液蒸干并灼烧，最终得到的固体的化学式为_。310-32，欲使处理后废水中的 c(Cr3+)降至 1.0 10-5-1 （即 常温下， KspCr(OH) =1.0mol L沉淀完全），应调节至溶液的pH=_。（2） “亚硫酸盐法 ”吸收烟中的 SO2 将烟气通入 1.0mol/L 的 Na SO 溶液，当 Na SO 恰好完全反应时，溶液pH 约为 3，此2323时，溶液中各种离子浓度由大到小的顺序为_（用离子浓度符号和“ ”号表示）。 室温下，将烟道气通入 (NH4)2SO3 溶液中，测得溶液 pH 与含硫组分物质的量分数的变化关系如图所示。已知部分弱电解质的电离常数（25
22、）如下：电解质电离常数Ka1=1.54 10-2H2SO3Ka2=1.02 10-7NH3H2OKb=1.74 10-5（i ） (NH4 2 3溶液呈 _（填 “酸 ”、 “碱 ”或“中”）性，其原因是 _ 。) SO（ ii ）图中 b 点时溶液 pH=7，则 n(NH4+):n(HSO3- )=_。【答案】 CrO42- 2H+2 72- H22 3+3-+32-)Cr OO 1:6Cr O5 c(Na )c(HSO) c(H ) c(SO-23a2 10-7小于 NH3 2O 的电离常数b32-的c(OH ) 碱H SO 的第二电离常数K =1.02HK，故 SO水解程度比 NH4+的
23、水解程度大，溶液呈碱性3:1【解析】【详解】(1) 从图中可以看出，c(Cr2O72- ) 随 c(H+)的增大而不断增大，当c(H+)=6.010-7mol/L 时，c(Cr2O72- )=0.4mol/L ，此时反应达平衡状态，所以此反应为可逆反应。由此可得CrO42-转化为 Cr2O72- 的离子方程式为CrO42- 2H+Cr2O72- H2O 答案为 CrO42- 2H+Cr2O72- H2O 依据电子守恒，氧化剂2-2+2-2+Cr2O7与还原剂 Fe 的关系为： Cr2O76Fe从而得出还原过程中氧化剂与还原剂的物质的量之比为1: 6。答案为 1: 6； Cr 3+与 Al3+的
24、化学性质相似，说明Cr3+在水溶液中易发生水解反应，最终生成Al(OH)3，灼烧时再分解为铬的氧化物。所以对CrCl3 溶液蒸干并灼烧，最终得到的固体的化学式为Cr2O3。答案为 Cr2O3 KspCr(OH)3 = c(Cr 3) c3 (OH)1.010 5c3 (OH ) 1.0 10-32c(OH) 10 9 mol / L ， pH=5。答案为 5；(2) 将烟气通入 1.0mol/L 的 Na2SO3 溶液，当 Na2SO3 恰好完全反应时，全部生成NaHSO3，此时溶液pH 约为 3，则表明HSO3-以电离为主。发生的电离、水解反应方程式为：HSO3-H+SO32-、 HSO3-
25、+H2OH2SO3 +OH-、H2OH+OH- 且前面反应进行的程度大于后面反应，从而得出溶液中各种离子浓度由大到小的顺序为c(Na+) c(HSO3-) c(H+) c(SO32-) c(OH-)。答案为 c(Na+) c(HSO3-)c(H+)c(SO3 2-) c(OH- )4234+32-都将发生水解，从表中数据Ka2=1.02 10-7、 （i）在 (NH) SO溶液中， NH、 SOKb=1.74 10-5 可以看出， HSO3-的电离常数小，SO32-的水解常数大，所以溶液呈碱性。答案为碱；溶液呈碱性的原因是：溶液H2SO3 的第二电离常数 Ka2=1.02 10-7 小于 NH
26、3H2 O 的电离常数Kb，故 SO32-的水解程度比NH4+的水解程度大，溶液呈碱性。答案为： H2 3a2-7 小于 NH3 2b32-的水解SO 的第二电离常数 K =1.02 10H O 的电离常数K，故 SO程度比 NH4+的水解程度大，溶液呈碱性。（ ii ）图中 b 点时溶液 pH=7，此时 c(HSO3-)=c(SO3 2-)，则 c(NH4HSO3)=c(NH4)2SO3 ，从而得出 n(NH4+) ： n(HSO3- )= 3：1 答案为 3： 1。4 CO2 和 CH 4 是两种主要的温室气体，以CH 4 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
27、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 混合气称为合成气）的重要方法，其原理为：反应：CH 4 (g)垐?3H 2 (g) ； H 1206.4kJmol1H 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 1mol CH 4 (g) 和 1 molH 2O(g) 加入恒温恒压的密闭容器中（温度298K、压强100kPa），发生反应，
28、不考虑反应的发生，该反应中，正反应速率vkp CH 4 p H 2 O，p为分压（分压 =总压物质的量分数），若该条件下正正k正 4.5104kPa1s1，当 CH 4 分解20%时， v正-_kPa?s 1。( 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 L1 ，在一定条件下发生反应：CH 4 (g)CO2垐 ?，测得 CH的平衡转化率与温度及压强的关系(g) 噲 ? 2CO(g) 2H 2 (g)4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
29、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 P2 MPa，求 x 点的平衡常数K p_（用平衡4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 molCO2 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
30、”），N 极电解质溶液变化的质量m_g。【答案】 CH 4 (g)2H 2O(g) =CO2 (g) 4H 2 (g)H165.4kJ mol 10. 5P1 P2 P3 P416 (MPa) 2 或 1.78(MPa) 2acd负不变189【解析】【分析】【详解】垐 ?13H 2(g)H 1206.4kJmol( 1) 反应： CH 4 (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)H165.4kJmol1 。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(