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1、2020-2021 化学二模试题分类汇编化学反应原理综合考查综合及详细答案一、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。
2、由图（ a）可知，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 3
3、H 2 - H1 ，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 ?2CO2 g+ 4H2 g起始 mol1100转化 molx2x2x4x平衡 mol1-x1-2x2x4x测得 H2
4、的体积分数为50%，则4x1 ，计算得 x=0.4mol ，醋酸的转1 x 12x2x 4x 2化率为： 0.4mol340%；100%=40%，即 CH COOH平衡转化率为 40%，故答案为：1mol(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 H2，反应的化学方程式为22C(s)+H O( g)CO(g)+H (g)，故答案为：C(s)+H2 O g)CO(g)+H2(g)(；2 甲醇与水蒸气重整制氢可直接用于燃料电池。回答下列问题：(1)已知甲醇分解反应：CH3OH(g)?CO(g) 2H2(g) H1 90.64 kJ mol 1 ；水蒸
5、气变换反应：CO(g) H2O(g) ?CO2(g) H2(g) H2 41.20 kJ mol 1。则 CH3OH(g) H2O(g) ? CO2(g) 3H2(g) H3_kJ mol 1。(2)科学家通过密度泛函理论研究甲醇与水蒸气重整制氢反应机理时，得到甲醇在面发生解离时四个路径与相对能量的关系如图所示，其中附在Pd(III)表面的物种用Pd(III)表* 标注。此历程中活化能最小的反应方程式为_ 。(3)在 0.1MPa 下，将总进料量为 1 mol 且 n(CH3OH)： n(H2O) 1： 1.3 的混合气体充入一刚性密闭容器中反应。实验测得水蒸气变换反应的速率随温度的升高明显下
6、降，原因是_ 。平衡时，测得 CH3OH 的含量在给定温度范围内极小，H2、H2O(g)、 CO、 CO2 四种组分的含量与反应温度的关系如图所示，曲线b、c 对应物质的化学式分别为 _、_。(4)573.2K 时，向一刚性密闭容器中充入5.00 MPa CH3OH 使其分解， t h 后达平衡时 H2 的物 1质的量分数为 60%，则 t h 内 v(CH3OH) _MPa h ，其分压平衡常数 Kp_MPa2。【答案】 +49.44 CH2O*+2H*=CHO*+3H*2（或 CH O*=CHO*+H* ） 随温度升高，催化活性降低223.75COH O（ g）168.75t【解析】【分析
7、】【详解】（ 1）甲醇分解反应： CH3OH(g) ? CO(g)2H2(g) H1 90.64 kJ mol 1；水蒸气变换反应： CO(g) H2O(g) ? CO2(g) H2(g) H2 41.20 kJ mol 1。将 +，即可求出 CH3OH(g) H2O(g) ? CO2(g) 3H2(g) H3 =+90.64 kJ mol 1+（ -41.20 kJ mol 1） =+49.44 kJ mol 1，故答案为： +49.44；（2）活化能为反应物的总能量与过渡态能量之差，从图中可以看出，过渡态3 发生的反应活化能最小。反应物为“CH2O*+2H* ”，产物为 “ CHO*+3H
8、*，故反应方程式为CH2O*+2H*=CHO*+3H* 因为 2H* 反应前后都吸附在催化剂表面，未参与反应，故反应实质为 CH2 O*=CHO*+H* ，故答案为： CH2 O*+2H*=CHO*+3H* （或 CH2O*=CHO*+H* ）；（ 3）因为温度升高，反应速率应加快，而图中速率减小，显然不是温度的影响，只能为催化剂的活性降低，故答案为：随温度升高，催化活性降低；对于反应 CO（ g） +H2O（ g）CO2（ g） +H2（ g） H 0，其他条件不变时，升高温度，平衡向左移动，即CO、 H2 O的含量均增大，CO2H2的含量均减小。依据图中信息，、可初步得知， a、b 曲线分
9、别对应CO2 或 H2， c、 d 曲线则对应 CO 或 H2O（ g）。根据反应方程式可知：该反应起始时，n（ H2） n（ CO2）、 n（ H2O） n（ CO），平衡时含量必然有 H2 CO2、 H2O CO故 a、 b、 c、d 曲线分别对应H2、 CO2、 H2O（ g）、 CO，曲线 b、 c对应物质的化学式分别为CO22O（ g），故答案为：22、HCO、 H O（ g）；（4）假设 CH3OH 的压强变化量为x，列出三段式：起始（ MPa）转化（ MPa）平衡（ MPa）CHOH（g） ?CO（ g） + 2H（g）325.000xx2x5.00-xx2x2 x603.75M
10、Pa3.755 2x，x=3.75Mpa ， v（ CH3OH） =th=100t 1；MPahKp= P CO ?P2 H 23.75MPa 7.5MPa2=168.75（ MPa）2，P CH 3OH1.25MPa故答案为：3.75 ；168.75（ MPa） 2。t【点睛】本题综合考查化学平衡问题，题目涉及化学平衡计算与影响因素、反应热计算等，侧重考查学生分析计算能力，注意盖斯定律在反应热计算中应用，难点（ 4）列出三段式，理清平衡时各物质的量，是解题关键。3 消除尾气中的 NO 是环境科学研究的热点课题。I NO氧化机理.已知： 2NO( g)+ O2( g)2NO2( g)H=- 1
11、10kJ?mol - 1T 时，将 NO 和 O按物质的量之比为2： 1 充入刚性反应容器中( 忽略 NO与 N O的转12224化) 。（1）下列可以作为反应已经到达平衡状态的判断依据的是_。A. 2v 正 ( O2)= v 逆 ( NO2)B. NO 与 O2 的物质的量之比为 2： 1C. 容器内混合气体的密度保持不变D. K 不变E. 容器内混合气体的颜色保持不变（2）通过现代科学技术动态跟踪反应的进行情况，得到容器内混合气体的压强、平均摩尔质量随反应时间的变化曲线如图1图2所示。则反应2NO gO2g2NO2gT1( )+) 在( )(时的平衡常数 Kp=_。 对于气相反应，用某组分
12、B 的平衡压强 p( B) 代替物质的量浓度c BKp，如p B p x Bp为平衡总压强，x BB( ) 也可表示平衡常数，记作( )= ? ( ) ，( ) 为平衡系统中的物质的量分数 。保持其它条件不变，仅改变反应温度为T2(T2 T1 ) ，在图2 中画出容器内混合气体的平均摩尔质量随反应时间的变化趋势图_。II. NO 的工业处理（3） H2还原法： 2NO( g)+ 2H2( g)N2 ( g)+ 2H2O( g)H1已知在标准状况下，由元素最稳定的单质生成1mol 纯化合物时的焓变叫做标准摩尔生成焓。 NO( g) 和 H2O( g) 的标准摩尔生成焓分别为- 1- 1H1 =_
13、。+90kJ?mol、 - 280kJ?mol。则（4） O33- CaSO 联合处理法NO 可以先经 O氧化，再用 CaSO 水悬浮液吸收生成的 NO ，转化为 HNO 。已知难溶物在3322溶液中并非绝对不溶，同样存在着一定程度的沉淀溶解平衡。在CaSO3 水悬浮液中加入2432- 对 NO2的吸收速率，请用平衡移动原理解释其主要原因_。Na SO 溶液能提高 SO（5）电化学处理法工业上以多孔石墨为惰性电极，稀硝酸铵溶液为电解质溶液，将NO 分别通入阴阳两极，通过电解可以得到浓的硝酸铵溶液。则电解时阳极发生的电极反应为_。【答案】 AE0. 08- 740kJ?mol- 1对于反应32+
14、( aq)+SO32- ( aq) ，加入 Na2 442 -结合部分 Ca2+，使其平衡向CaSO sCaSO溶液时，SO( )正反应方向移动，2-) 增大，吸收 NO2-+c( SO3的速率增大NO- 3e+2H23+4HO=NO【解析】【分析】【详解】I. （ 1）在一定条件下，当一个可逆反应的正反应速率与逆反应速率相等时，反应物的浓度与生成物的浓度不再改变，达到一种表面静止的状态，即“化学平衡状态”。其中，正反应速率与逆反应速率相等是化学平衡状态的实质，而反应物的浓度与生成物的浓度不再改变是化学平衡状态的表现。A2v正 ( O2)=v逆 ( NO2) 时，说明反应已达平衡态，故A正确；
15、. 当B. NO 与 O2 的物质的量之比为 2：1 时，不能说明该反应反应物的浓度与生成物的浓度不再改变，故 B 错误；C. 根据质量守恒定律，容器内气体的质量恒定不变，则恒容容器内混合气体的密度始终保持不变，不能说明达到化学平衡状态，故C 错误；DK只与温度有关，则不能用K不变来判断化学平衡状态，故D错误；. 该反应中平衡常数E. 容器内混合气体的颜色保持不变，则说明反应物的浓度与生成物的浓度不再改变，即达到化学平衡状态，故E 正确；综上所述，答案为AE；（2）设容器内二氧化氮与氧气分别为2mol、 1mol，达平衡态时，氧气转化了xmol ，则可列三段式为：2NO+O 2?2NO 2起始
16、量 (mol )210转化量 (mol )2xx2x平衡量 ( mol ) 2 2 xx2x平衡时平均摩尔质量为36.8g mol，则有/uuvm 2mol 30g/mol+1mol32g/mol =36.8g / mol ，解得 x=0 . 5，则 NO、 O22Mn(3-x)mol、 NO的物质的量分数分别为0. 4、 0. 2 、0. 4，同温同体积，根据压强之比等于物质的量之比，有 375xa 62.5，代入，解得，根据平衡常数公式有3-x=aK p =(0.462.5)20.08 ；因为该反应为放热反应，升高温度时，反应速率62.5)2(0.262.5)(0.4会加快，平衡逆向移动，
17、平均摩尔质量会减小，容器内混合气体的平均摩尔质量随反应时间的变化趋势图为，故答案为： 0. 08；（3）H 1 =生成物标准摩尔生成焓之和- 反应物标准摩尔生成焓之和=- 280kJ?mol - 1 2-90kJ?mol - 1 2=- 740kJ?mol - 1，故答案为： - 740kJ?mol- 1；（4）相同条件下，硫酸钙的溶解度小于亚硫酸钙的溶解度，亚硫酸钙可转化为硫酸钙，对于反应 CaSO2+( aq)+ SO 2- ( aq) ，加入 Na2SO42- 结合部分 Ca2+，使其3( s)Ca3溶液时， SO4平衡向正反应方向移动，c( SO32- ) 增大，吸收 NO2的速率增大
18、，故答案为：对于反应CaSO3( s)Ca2+( aq)+ SO32- ( aq) ，加入 Na2SO4 溶液时， SO42 - 结合部分 Ca2+，使其平衡向正反应方向移动， c( SO 2-) 增大，吸收 NO2 的速率增大；3（5）由电解原理可知，阳极发生氧化反应，则一氧化氮转化为硝酸根，其电极方程式为 NO- 3e- +2H2O=NO3- +4H+，故答案为： NO- 3e- +2H2O=NO3- +4H+。4 甲醇是一种可再生能源，由CO2 制备甲醇的过程可能涉及的反应如下：反应：CO(g)+3H (g)CHOH(g)+H O(g)-1H =- 49.58kJ mol22321反应：
19、 CO2(g)+H 2(g)CO(g)+H2O(g)H2反应： CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)H3=- 90.77kJ mol -1回答下列问题：（ 1）反应的H 2=_。（ 2）反应能够自发进行的条件是 _ ( 填“较低温度”、“ 较高温度”或“任何温度”)（ 3）恒温，恒容密闭容器中，对于反应，下列说法中能说明该反应达到化学平衡状态的是 _。A混合气体的密度不再变化B混合气体的平均相对分子质量不再变化C CO2、 H2、 CH3OH、 H2O的物质的量之比为1：3： 1： 1D甲醇的百分含量不再变化（ 4）对于反应，不同温度对 CO2 的转化率及催化剂的效率影响如图所示，下列有关
20、说法不正确的是 _ 。A其他条件不变，若不使用催化剂，则250时 CO2 的平衡转化率可能位于B温度低于250时，随温度升高甲醇的产率增大C M点时平衡常数比N 点时平衡常数大M1D实际反应应尽可能在较低的温度下进行，以提高CO2 的转化率（5）若在 1L 密闭容器中充入3molH2 和 1molCO2 发生反应， 250时反应的平衡常数K=_ ；若要进一步提高甲醇体积分数。可采取的措施有_ 。（6）下图是电解Na2CO3溶液的装置图。阴极的电极反应式为_【答案】 +41.19kJ mol -1较低温度BD ABD 0.148( 或者 4)增大压强 ( 降低温度 )27+-2H +2e =H2
21、或 2H2O+2e=H2+2OH【解析】【分析】本题考查盖斯定律，热化学反应与过程无关，只与始态与终态有关，H2=H1-H3=+41.19kJ/mol ； G=HTS， T 为温度， G0，可自发进行，反应： H0, S0，较低温度可自发进行；平衡状态的判断，同一物质的正逆反应速率相等，本题中=m/V，质量与体积均不变，密度自始至终不变，不可做为判断依据；M=m/n，质量不变，物质的量减少，可做判断依据；反应物与生成物平衡时的比例不一定为1： 3： 1： 1，不可以；只要平衡则甲醇的百分含量不再变化，可以；化学反应条件的选择，既要考虑反应时c(C H 3OH )c(H 2O)的产量，又要考虑反
22、应的速率；Kc3 ( H 2 )， 250时转化率为50%；电c(CO2 )解池中阳极失电子，溶液中为水提供的氢氧根离子失电子，产生的氢离子和钠离子向阴极区域移动，而阴极附近的水提供的氢离子得电子，生成氢气。【详解】（1）本题考查盖斯定律，热化学反应与过程无关，只与始态与终态有关，H2=H1-H3=+41.19kJ/mol；（ 2） G=HTS， T 为温度， G0，可自发进行，反应：H0, S0，较低温度可自发进行；（3）平衡状态的判断，同一物质的正逆反应速率相等，本题中 =m/V，质量与体积均不变，密度自始至终不变，不可做为判断依据；M=m/n，质量不变，物质的量减少，可做判断依据；反应物
23、与生成物平衡时的比例不一定为1： 3：1： 1，不可以；只要平衡则甲醇的百分含量不再变化，可以；答案为：BD；(4)A. 催化剂对反应速率有影响，对平衡的限度无影响，A 错误； B. 该反应为放热反应，降低温度平衡正向移动，产率提高， B 正确； C.升高温度平衡向左移动，化学平衡常数变小，C错误； D.实际反应应尽可能在催化效率最高时，D错误；答案为 ABD；(5) CO2 + 3H 2CH3OH + H 2O 250时转化率为 50%初始量： 13反应量： 0.51.50.50.5平衡： 0.51.50.50.5c(C H 3OH ) c(H2O )K3( H 2 )， K=0.148；提
24、高甲醇的体积分数为：增大压强( 降低温度 ) ；c(CO2 ) c(6) 电解池中阳极失电子，溶液中为水提供的氢氧根离子失电子，产生的氢离子和钠离子向阴极区域移动，而阴极附近的水提供的氢离子得电子，生成氢气，2H+2e- =H2或-2HO+2e=H2+2OH【点睛】判断化学平衡的依据：同一物质的正逆反应速率相等，还可以为延伸出的依据，需要具体分析，本题中 =m/V，质量与体积均不变，密度自始至终不变，不可做为判断依据；M=m/n，质量不变，物质的量减少，可做判断依据；反应物与生成物平衡时的比例不一定为1： 3： 1： 1；甲醇的百分含量不再变化则可以。5 CH4 超干重整 CO2 技术可得到富
25、含CO的化工原料。回答下列问题：（1） CH4 超干重整CO2的催化转化如图所示：已知相关反应的能量变化如图所示：过程的热化学方程式为_。关于上述过程的说法不正确的是_（填序号）。a实现了含碳物质与含氢物质的分离b可表示为CO2 H2 H2O（ g） COc CO未参与反应d Fe3O4、 CaO为催化剂，降低了反应的H其他条件不变，在不同催化剂（、）作用下，反应CH4（ g） CO2（ g） 2CO（g） 2H2（g）进行相同时间后，CH4 的转化率随反应温度的变化如图所示。a 点所代表的状态 _（填“是”或“不是”）平衡状态；b 点CH4的转化率高于c 点，原因是_。（2）在一刚性密闭容器
26、中，CH4 和化剂并加热至1123K 使其发生反应CO2的分压分别为20kPa、 25kPa，加入 Ni CH4（ g） CO2（ g） 2CO（ g） 2H2（ g）。Al 2O3 催研究表明 CO的生成速率 （ CO） 1.3 1021 1p（ CH） p（ CO）molg s ，某422_kPa，（ CO）_ 1时刻测得 p（ CO） 20kPa，则 p（ CO）molg s1。达到平衡后测得体系压强是起始时的1.8 倍，则该反应的平衡常数的计算式为Kp_（ kPa）2。（用各物质的分压代替物质的量浓度计算）（3） CH4 超干重整CO2得到的 CO经偶联反应可制得草酸（H2C2O4）。
27、常温下，向某浓度的草酸溶液中加入一定浓度的NaOH溶液，所得溶液中c H 2C2O4 =c C2 O24- ，则此时溶液的pH_。（已知常温下2 2 4a16102a2610 5 0.8）H C O的 K， K， lg6【答案】 CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g)H=247.4kJ -1 cdmol 不是b 和 c 都未达平衡， b点温度高，反应速率快，相同时间内转化率高15 1.9536236222.77【解析】【分析】由能量反应进程曲线得热化学方程式，应用盖斯定律可得过程I 的热化学方程式。过程 II中进入循环的物质是最初反应物，出循环的物质是最终生成物，可得总反应方程
28、式。恒温恒容时组分气体的分压与其物质的量成正比，故用分压代替物质的量进行计算。草酸溶液与 NaOH 溶液混合后，其两步电离平衡仍然存在，据电离常数表达式可求特定条件下溶液的 pH。【详解】42(1) 据 CH 超干重整CO的催化转化图，过程 I 的化学反应为42CH (g)+CO (g)=2CO(g)+2H(g)。由能量反应进程曲线得热化学方程式：CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)H+206.2kJ mol -1 （ i）CO2(g)+4H2 (g)=CH4(g)+2H2O(g)H165kJ mol -1ii）（(i) 2+(ii)得过程 I 的热化学方程式：CH4(g)+C
29、O2(g)=2CO(g)+2H2(g)-1 molH=247.4kJ过程 物质变化为：左上（CO、 H2、 CO2） + 右下（惰性气体） 左下（ H2O） + 右上（CO、惰性气体），总反应为H2+CO2=H2O+CO。 Fe3O4、 CaO 为总反应的催化剂，能降低反应的活化能，但不能改变反应的H。故 ab 正确， cd 错误。 通常，催化剂能加快反应速率，缩短反应到达平衡的时间。但催化剂不能使平衡发生移动，即不能改变平衡转化率。若图中a 点为化学平衡，则保持温度不变（800），将催化剂 II 换成 I 或 III， CH4 转化率应不变，故 a 点不是化学平衡。同理，图中 b 、c 两点
30、都未达到化学平衡。据题意，b、 c 两点只有温度不同， b 点温度较高，反应速率快，相同时间内CH4转化率高。(2)据气态方程 PVnRT，恒温恒容时某组分气体的分压与其物质的量成正比。则反应中分压为4221123K 恒容时， CH （ g） CO（ g） 2CO（ g） 2H （ g）起始分压 /kPa： 202500改变分压 /kPa： 10102020某时分压 /kPa： 10152020 2 1 1即某时刻 p(CO2 ) 15kPa，p(CH4) 10kPa。代入 (CO) 1.3 10p(CH4) p(CO2)molg s1.95mol g1s 1 。设达到平衡时 CH4的改变分压
31、为x kPa，1123K 恒容时， CH4（ g） CO2（ g） 2CO（ g） 2H2（ g）起始分压 /kPa： 202500改变分压 /kPa： xx2x2x平衡分 /kPa： 20 x25 x2x2x据 意，有(20x) (25 x) 2x 2x 1.8，解得 x18。 CH4 (g)、 CO2(g)、 CO(g)、 H2(g)2025的平衡分 依次是2 kPa、7 kPa、36 kPa、 36 kPa，代入 Kpp2 (CO)p2 (H 2 )p(CH 4 )p(CO2 )36236 2227(kPa) 。(3)常温下，草酸溶液与NaOH 溶液混合，所得混合溶液中仍存在分步 离：2
32、24+c(H+ ) c(HC2O-)2 4a14H C OH +HC OKc(H 2 C2O4 )+ 242c(H+ ) c(C O2- )24a224HC OH +C OKc(HC 2 O4 )当2-a1a22(H+)。 c(H+) Ka1Ka23.5mol/L ， pHc H 2C2 O4 =c C2O 4 ， K K c 6 10 2.7。【点睛】一定温度下，可逆反 建立平衡 ，用平衡 度求得 度平衡常数Kc，用平衡分 求得 力平衡常数Kp，它 可通 气 方程 行 算。6 合成氨 人 生存具有重大意 ，反 ：N2（ g） +3H2（ g）2NH3（g） H（ 1）科学家研究在催化 表面合成氨的反 机理，反 步 与能量的关系如 所示（吸附在催化 表面的微粒用 * 注，省略了反 程中部分微粒）。