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1、高考化学压轴题专题复习化学反应原理综合考查的综合及答案解析一、化学反应原理综合考查1 水蒸汽催化重整生物油是未来工业化制氢的可行方案。以乙酸为模型物进行研究，发生的主要反应如下： .CH3COOH（ g） +2H2O（g）? 2CO2（g） +4H2（ g） H1 .CH3COOH（ g） ? 2CO（ g） +2H2（ g） H2 .CO2（ g） +H2（ g） ? CO（ g） +H2 O（ g） H3回答下列问题：（ 1）用 H1、 H2 表示， H3=_。（ 2）重整反应的含碳产物产率、 H2 产率随温度、水与乙酸投料比（S/C）的变化关系如图（ a）、（ b）所示。由图（ a）可知
2、，制备H2 最佳的温度约为_。由图（ b）可知， H2 产率随 S/C 增大而 _（填“增大”或“减小”）。（3）向恒容密闭容器中充入等物质的量的 CH3 COOH和 H2O 混合气体，若仅发生反应至平衡状态，测得 H2 的体积分数为 50%，则 CH3COOH的平衡转化率为 _。（ 4）反应体系常生成积碳。当温度一定时，随着 S/C 增加，积碳量逐渐减小，其原因用化学方程式表示为 _。【答案】 VH 2 -VH 180040% C(s)+H2O g)CO(g)+H2(g)2 增大(【解析】【分析】【详解】(1)根据题干信息分析，反应=1(反应 -反应 )，由盖斯定律可得H 3H 2 - H1
3、 ，22故答案为：H 2 - H 1 ；2(2)由图 (a)可知，制备H2 在 800时，达到最高转化率，则制备氢气最佳的温度约为800 , 故答案为： 800；由图 (b)可知， S/C 增大时，反应I 平衡向正反应方向移动，反应III 平衡向逆反应方向移动，使体系中的H2 的量增大，故答案为：增大；(3) 设 CH321mol ，平衡时，反应了3COOH和 H O 的物质的量均为CH COOH x mol，列三段式有：CH 3 COOH g+2H2O g?2CO2g+ 4H2 g起始 mol1100转化 molx2x2x4x平衡 mol1-x1-2x2x4x测得 H2 的体积分数为 50%
4、，则x 14x2x1 ，计算得 x=0.4mol ，醋酸的转12x4x 2化率为： 0.4mol340%，故答案为： 40%；1mol100%=40%，即 CH COOH平衡转化率为(4) 当温度一定时，随着 S/C 增加，积碳量逐渐减小，是由于积碳与水蒸气反应生成了CO和 H222，反应的化学方程式为 C(s)+H O( g)CO(g)+H (g)，故答案为：C(s)+H2 O g)CO(g)+H2(g)(；2 丙烯腈（ CH2=CHCN）是一种重要的化工原料，工业上可用“丙烯氨氧化法 ”生产，主要副产物有丙烯醛（CH23=CHCHO）和乙腈（CH CN）等，回答下列问题：(1)以丙烯、氨、
5、氧气为原料，在催化剂存在下生成丙烯腈（C H N）和副产物丙烯醛33（C3H4O）的热化学方程式如下：C3H6(g)+NH3 (g)+3O2(g)=C3H3N(g)+3H2O(g) H=-515kJ/mol2C3H6(g)+O2(g)=C3 H4 O(g)+H2O(g)H=-353kJ/mol两个反应在热力学上趋势均很大，其原因是_；有利于提高丙烯腈平衡产率的反应条件是 _；提高丙烯腈反应选择性的关键因素是_。(2)图（ a）为丙烯腈产率与反应温度的关系曲线，最高产率对应温度为460。低于 460时，丙烯腈的产率_（填“是”或者“不是”）对应温度下的平衡产率，判断理由是_；高于460时，丙烯腈
6、产率降低的可能原因是_（双选，填标号）A催化剂活性降低B平衡常数变大 C副反应增多 D反应活化能增大(3)丙烯腈和丙烯醛的产率与n （氨）/n （丙烯）的关系如图（b）所示。由图可知，最佳n（氨）/n （丙烯）约为1 理由是 _ 。进料氨、空气、丙烯的理论体积约为_。【答案】两个反应均为放热量大的反应降低温度,降低压强,催化剂不是该反应为放热反应，平衡产率应随温度升高而降低AC1 该比例下丙烯腈产率最高，而副产物丙烯醛产率最低1： 7.5： 1【解析】【分析】(1)依据热化学方程式方向可知，两个反应均放热量大，即反应物和生成物的能量差大，因此热力学趋势大；有利于提高丙烯腈平衡产率需要改变条件使
7、平衡正向进行，提高丙烯腈反应选择性的关键因素是催化剂；(2)因为该反应为放热反应，平衡产率应随温度升高而降低，即低于的平衡转化率曲线应该是下降的，但实际曲线是上升的，因此判断低于460时，对应温度下460时，丙烯腈的产率不是对应温度下的平衡转化率；产率降低主要从产率的影响因素进行考虑；(3)根据图像可知，当n（氨） /n （丙烯）约为1丙烯醛产率最低，根据化学反应氨气、氧气、丙烯按时，该比例下丙烯腈产率最高，而副产物1： 1.5：1 的体积比加入反应达到最佳状态，依据氧气在空气中约占20%计算条件比。【详解】(1)两个反应在热力学上趋势均很大，两个反应均放热量大，即反应物和生成物的能量差大，因
8、此热力学趋势大；该反应为气体体积增大的放热反应，所以降低温度、降低压强有利于提高丙烯腈的平衡产率，提高丙烯腈反应选择性的关键因素是催化剂；(2)因为该反应为放热反应，平衡产率应随温度升高而降低，即低于的平衡转化率曲线应该是下降的，但实际曲线是上升的，因此判断低于460时，对应温度下460时，丙烯腈的产率不是对应温度下的平衡转化率高于460 C 时，丙烯腈产率降低；A催化剂在一定温度范围内活性较高，若温度过高，活性降低，A 正确；B该反应放热，升高温度，平衡逆向移动，平衡常数变小，B 错误；C根据题意，副产物有丙烯醛，催化剂活性降低，副反应增多，导致产率下降，C 正确；D反应活化能的大小不影响平
9、衡，D 错误；综上 AC 符合题意；(3)根据图象可知，当n（氨） /n （丙烯）约为1 时，该比例下丙烯腈产率最高，而副产物3丙烯醛产率最低；根据反应C3H6(g)+NH3(g)+O2(g)=C3H3N(g)+3H2O(g)，氨气、氧气、丙烯2按 1： 1.5： 1 的体积比加入反应达到最佳状态，而空气中氧气约占20%，所以进料氨、空气、丙烯的理论体积约为：1： 1.5： 1=1： 7.5：1。20%3 资源化利用 CO2，可以减少温室气体排放，还可以获得燃料或重要的化工产品。回答下列问题：(1)CO2 的捕集用饱和 Na2 CO3 溶液做吸收剂可“捕集 ” CO2。写出 “捕集 ” CO2
10、反应的离子方式_ 。聚合离子液体是目前广泛研究的CO2 吸附剂。结合图像分析聚合离子液体吸附CO2 的有利条件是 _。(2)生产尿素：工业上以CO2、NH3 为原料生产尿素CO(NH2)2，该反应分为二步进行：第一步： 2NH3(g)+CO2(g)H2NCOONH4 (s)-1H = - 159.5 kJmol?第二步： H242 22-1NCOONH (s)? CO(NH ) (s)+ H O(g) H = +116.5 kJmol写出上述合成尿素的热化学方程式_ 。该反应化学平衡常数K 的表达式： _。某实验小组模拟工业上合成尿素，在一定体积的密闭容器中投入4mol NH 3 和 1mol
11、 CO2，实验测得反应中各组分物质的量随时间的变化如图所示：已知总反应的快慢由慢的一步反应决定，则合成尿素总反应的快慢由第_步反应决定，总反应进行到_min 时到达平衡(3)合成乙酸：中国科学家首次以CH3OH、CO2 和 H2 为原料高效合成乙酸，其反应路径如图所示：原料中的 CH3OH 可通过电解法由CO2 制取，用稀硫酸作电解质溶液，写出生成CH3OH 的电极反应式 _ 。根据图示，写出总反应的化学方程_。【答案】 H2O + CO32- + CO2=2HCO3-低温，低流速2NH3(g)+ CO2(g)? CO(NH2)2(s)+2-1232.2二2-+323H O(g) H= -43
12、kJ molK=H O/NHCO 55 CO + 6e + 6H = CH OH + H OCHOHHI 、Rh*+ CO + H2CH COOH + HO232【解析】【分析】(1) H2O、 CO32 、 CO2 反应生成 HCO3；根据图知，温度越低、流速越小吸附量越大；(2)利用盖斯定律求解热化学方程式；K 等于气体生成物浓度幂之积与气体反应物浓度幂之积的比；达到平衡时时间越长，反应速率越慢，慢反应决定整个反应速率；各物质的物质的量不变时反应达到平衡状态；反应生成 CH3CH2OH；(3)电解时， CO2 失电子和 H根据图知，反应物是CH3CH2OH、 CO2 和 H2，生成物是 C
13、H3COOH和水， LiI 和 Rh 作催化剂。【详解】232 、 CO23，离子方程式为H23223；(1) H O、 CO反应生成 HCOO+CO+CO =2HCO根据图知，温度越低、流速越小吸附量越大，所以聚合离子液体吸附CO2的有利条件是低温，低流速 (或 25， 10mL min -1 )；(2)将第一步和第二步方程式相加得到方程式2NH3(g)+CO (g)? CO(NH )(s)+H O(g) H=(-22 22 1 1K 等于气体生成物浓度幂之积与气体159.5+116.5)kJ mol =-43kJ mol；化学平衡常数反应物浓度幂之积的比， K = 2c(H 2O)；c(N
14、H 3 )c(CO 2 )达到平衡时时间越长，反应速率越慢，慢反应决定整个反应速率。根据图知，第一步的反应，的反应物 NH3 和 CO2 的量迅速达到定值，说明第一步反应速率大，第二步反应较慢，所以第二步决定整个反应速率；根据图知，55min 各物质的物质的量不变，反应达到平衡状态；2反应生成 CH32(3)电解时， CO失电子和 HOH，电极反应式为CO +6e +6H=CH3OH+H2O；根据图知，反应物是甲醇、二氧化碳和氢气，生成物是乙酸和水，LiI 和 Rh 作催化剂，总反应方程式为： CH3HI、Rh*2232OH+CO +HCH COOH+H O。4 （ 11 分）近年来，随着锂离
15、子电池的广泛应用，废锂离子电池的回收处理至关重要。下面是利用废锂离子电池正极材料（有Al、 LiCoO2、Ni、 Mn 、Fe 等）回收钴、镍、锂的流程图。已知： P204二 (2- 乙基己基 )磷酸酯 常用于萃取锰，P507(2- 乙基己基膦酸 -2- 乙基己酯）和Cyanex272二 (2，4 ，4)- 三甲基戊基次磷酸 常用于萃取钴、镍。回答下列问题：（1）在硫酸存在的条件下，正极材料粉末中LiCoO2 与 H2O2 反应能生成使带火星木条复燃的气体，请写出反应的化学方程式_ 。（2）一些金属难溶氢氧化物的溶解度（用阳离子的饱和浓度表示）与pH 的关系图如下：加入 NaOH 溶液调 pH
16、=5 可除去图中的_（填金属离子符号）杂质；写出除去金属离子的离子方程式_（一种即可）。（3）已知 P507 萃取金属离子的原理为n+垐 ?+nHR(Org)+M(aq) 噲 ? MRn(Org)+nH (aq)，且随着萃取过程中 pH 降低，萃取效率下降。萃取前先用NaOH 对萃取剂进行皂化处理，皂化萃取剂萃取金属离子的反应为n+垐 ?+nNaR(Org)+M (aq) 噲? MRn(Org)+nNa (aq)。对萃取剂进行皂化处理的原因为_ 。（ 4）控制水相 pH=5.2，温度 25，分别用 P507、 Cyanex272 作萃取剂，萃取剂浓度对萃取分离钴、镍的影响实验结果如图所示。 C
17、o(Cyanex272)； Ni(Cyanex272)； Co(P507)； Ni(P507)由图可知，钴、镍的萃取率随萃取剂浓度增大而_（填 “增大 ”或 “减小 ”）；两种萃取剂中 _（填 “P507”或“Cyanex272”）的分离效果比较好，若选P507 为萃取剂，则最适宜的萃取剂浓度大约为 _molL-1；若选 Cyanex272 萃取剂，则最适宜的萃取剂浓度大约为 _molL-1 。（5）室温下，用NaOH 溶液调节钴萃余液的pH=12，搅拌一段时间后，静置，离心分离得到淡绿色氢氧化镍固体，镍沉淀率可达99.62%。已知 KspNi(OH)2=5.25-1016，则沉镍母液中 Ni
18、2+的浓度为 2.1-11-1时， pH=_(lg5=0.7)。10mol L【答案】 2LiCoO22422242423+、Al3+（ 1 分，少选和错+3H SO +H OLi SO +O +2CoSO+4H O Fe选没分）Fe3+-3或 Al3+-3（合理即可）维持萃取过程中+3OHFe(OH)+3OHAl(OH)pH 恒定增大 Cyanex2720.250.411.7【解析】【分析】【详解】（1） LiCoO2 与硫酸和 H2O2 反应生成能使带火星木条复燃的气体，说明LiCoO2 在硫酸作用下把 H2O2 氧化成 O2，+3 价 Co 降低为 +2 价的 Co2+，方程式为2LiC
19、oO2+3H2SO4+H2O2Li2SO4+O2 +2CoSO +4H O。42（2）由图可知，加入NaOH 溶液调 pH=5 时， Fe3+、 Al3+沉淀完全，所以去除Fe3+的离子方程式为 Fe3+3OH-Fe(OH)3，去除 Al3+的离子方程式为Al3+3OH-Al(OH)3。n+垐 ?+(aq)，会使溶液酸性增强，萃取效率下降，故用（3） nHR(Org)+M(aq) 噲 ?MRn(Org)+ nHNaOH 进行皂化处理后离子反应变为nNaR(Org)+Mn+垐 ?+(aq) 噲? MRn(Org)+nNa (aq)，反应前后 pH 基本不变，根据题意可知，萃取效率不会降低。故萃取
20、前先用NaOH 对萃取剂进行皂化处理的目的是维持萃取过程中pH 恒定。（4）由图可知，钴、镍的萃取率随萃取剂浓度增大而呈增大趋势，萃取时“Cyanex272比”“ P507对”钴、镍萃取率的差值大，Cyanex272 分离效果好。选P507 为萃取剂，浓度在 0.25-1-1最好；选Cyanex272 萃取剂，浓度在-1mol L以后变化不大，所以 0.25 mol L0.40 mol L-1以后变化不大，所以 0.4 mol L 最好。2+ 2-162-5.2510（5） KspNi(OH)2=c(Ni ) c(OH )=5.25 10， c(OH )=2.11016-5 ，11=2.5 1
21、0c(OH- )=5 10-3， pOH=3-lg5=2.3 ， pH=14-pOH=14-2.3=11.7 。5 尿素在农业、医药等诸多领域应用广泛。工业上有多种工艺用NH32和 CO 直接合成尿素。(1)水溶液全循环法合成尿素的反应过程可用下列热化学方程式表示：反应 I 2NH32241-1(1) +CO (g)? NHCOONH (1) H = - 119.2 kJ?mol反应 II NH242 222-1COONH (1)? CO(NH ) (1)+ H O(1) H = 15.5 kJ?mol写出 NH322 2(1)和液态水的热化学方程式：_。(1)与 CO (g)反应生成 CO(
22、NH )该工艺要求在190 200、 13 24 MPa 的条件下反应， 90左右反应可实现最高平衡转化率。试解释选择高压条件的理由：_。n NH 3和水碳比 W= n H 2O2x 随温度 T 变(2)在不同氨碳比 L=n CO2条件下 CO 平衡转化率n CO2化情况如图所示：CO2 平衡转化率x 随温度 T 升高先增大后减小，试分析原因：_。在图中，画出L=4、 W=O 时 CO2 平衡转化率 x 随温度 T 变化的曲线示意图_。(3)实验室模拟热气循环法合成尿素，T度时，将 5.6mol NH 3与 5.2molCO2 在容积恒定为0.5L 的恒温密闭容器中发生反应：2NH322221
23、-(g)+CO (g)? CO(NH ) (s)+H O (g) H 43kJ?mol1。达到平衡状态时，NH323233与 CO 的平衡分压之比 p(NH ): p(CO )= 2:13。 p(NH)= x(NH )?p，x(NH3)为平衡体系中NH3 的物质的量分数，p 为平衡总压 。T 时，该反应的平衡常数K = _。若不考虑副反应，对于该反应体系，下列说法正确的是_ 。A 当反应体系中气体分子的平均摩尔质量保持不变时，反应达到平衡状态B 相同条件下，提高水碳比或降低氨碳比都会使NH3 的平衡转化率降低C 在容器中加入 CaO，( 可与 H2O 反应 ) ，提高 CO(NH2)2 产率D
24、 反应开始后的一段时间内，适当升温可提高单位时间内CO2的转化率-1190200时， NH【答案】 2NH3(l)+ CO2(g)? CO(NH2)2 (l)+ H2O(l) H =-103.7kJ mol2COONH4 容易分解为 NH3 和 CO2，高压有利于反应 I 正向进行温度升高，反应I 平衡逆向移动，反应 II 平衡正向移动，在190200之前，反应II 正向进行的趋势更大，190200之后，反应I 逆向进行的趋势更大1.5625D【解析】【分析】【详解】（1）水溶液全循环法合成尿素的反应过程可用下列热化学方程式表示：反应 I 2NH3(1) +CO2(g)?NH2COONH4(1
25、)H1 = - 119.2 kJ?mol-1反应 II NH242 222-1COONH (1)? CO(NH ) (1)+ H O(1) H = 15.5 kJ?mol根据盖斯定律，反应I+反应 II 得： NH322 2(1) 与 CO (g)反应生成CO(NH ) (1) 和液态水的热化学方程式： 2NH322 22-1 。故答案为： 2NH3(l)+(l)+ CO (g)? CO(NH )(l)+ H O(l) H =-103.7kJ mol22 222-1；CO (g)? CO(NH )(l)+ H O(l) H =-103.7kJ mol反应 I 2NH3224(1) +CO (g
26、)? NHCOONH(1) 是气体体积减小的反应，选择高压条件的理由：190200时， NH COONH 容易分解为 NH和 CO ，高压有利于反应 I 正向进行。故答案2432为： 190200时， NH 2432COONH容易分解为 NH和 CO ，高压有利于反应 I 正向进行；（2） CO2 平衡转化率 x 随温度T 升高先增大后减小，因为：温度升高，反应I 平衡逆向移动，反应 II 平衡正向移动，在190200之前，反应 II 正向进行的趋势更大，190200之后，反应 I逆向进行的趋势更大。故答案为：温度升高，反应I 平衡逆向移动，反应 II 平衡正向移动，在190200之前，反应I
27、I 正向进行的趋势更大，190200 之后，反应 I 逆向进行的趋势更大；L 越大，氨的比例越大，根据反应I ，提高氨的浓度，二氧化碳的转化率增大，曲线应在原曲线之上，温度升高，反应I 平衡逆向移动，反应II 平衡正向移动，在190200之前，反应 II 正向进行的趋势更大，转化率先增大，此后变小，L=4、 W=O 时 CO2 平衡转化率x随温度 T 变化的曲线示意图。故答案为：；（3） T 时，该反应的平衡常数:2NH 3 g +CO2 g ?CO NH 2 2 s + H 2O g开始 /mol5.65.20变化 /mol2xxx平衡 /mol5.6-2x5.2-xx5.62x25.2x，
28、13x=2.6mol2.6K= 2.60.5= 1.5625。( 0.4)20.50.5故答案为： 1.5625；A2NH3 (g)+CO2(g)? CO(NH2)2 (s)+H2O (g) 该反应中，若平衡正向移动，混合气的总质量减小，总物质的量也减小，所以反应体系中气体分子的平均摩尔质量不能确定是否保持不变，故当反应体系中气体分子的平均摩尔质量不再变化时，不能判断反应是否达到平衡状态，故 A 错误；B相同条件下，提高水碳比相当于提高生成物浓度，氨的平衡转化率降低，降低氨碳比会使 NH3 的平衡转化率增大，故B 错误；C在容器中加入CaO，(可与 H2O)反应，但生成的氢氧化钙也能与反应物反
29、应，降低CO(NH2)2 产率，故C 错误；D反应开始后的一段时间内，在没有达到平衡前，适当升温可提高单位时间内化率，故 D 正确；CO2 的转故选 D。故答案为：D。6 蕴藏在海底的大量 “可燃冰 ”，其开发利用是当前解决能源危机的重要课题。用甲烷制水煤气 (CO、H2)，再合成甲醇可以代替日益供应紧张的燃油。下面是产生水煤气的几种方法：CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)H1=+206.2kJ mol-1CH41222-1(g)+2O (g)=CO(g)+2H (g)H =-35.4kJ molCH42223-1(g)+2H O(g)=CO (g)+4H (g)H =+165.0kJ mol（1） CH422(g)的热化学方程式为 _。(g)与 CO (g)反应生成 CO(g)和 H（2）从原料、能源利用的角度，分析以上三个反应，作为合成甲醇更适宜的是反应_(填序号 )。（ 3）也可将 CH4 设计成燃料电池，来解决能源问题，如图装置所示。持续通入甲烷，在标准状况下，消耗甲烷 VL。0V33.6L时，负极电极反应式为_。 33.6L73.76c.反应开始时，两容器中反应的化学反应速率相等d.平衡时，容器中N2 的转化率：t2（5）如图是在反应器中将N2 和 H2 按物质的量之比为1 3 充入后，在200、 400、600下，反应达到平衡时，混合物中NH3 的体