1、专题 14 化学反应原理综合 1 （2021 山东卷）2甲氧基2甲基丁烷(TAME)常用作汽油原添加剂。在催化剂作用下，可通过甲醇与烯 烃的液相反应制得，体系中同时存在如图反应： 反应：+CH3OH 1 K H1 反应：+CH3OH 2 K H2 反应： 3 K H3 回答下列问题： （1）反应、以物质的量分数表示的平衡常数 Kx与温度 T 变化关系如图所示。据图判断，A和 B 中相对稳定的是_(用系统命名法命名)； 1 2 H H 的数值范围是_(填标号)。 A1 （2）为研究上述反应体系的平衡关系，向某反应容器中加入 1.0molTAME，控制温度为 353K，测得 TAME 的平衡转化率
2、为 。已知反应的平衡常数 Kx3=9.0，则平衡体系中 B的物质的量为_mol，反应的平衡 常数 Kx1=_。同温同压下，再向该容器中注入惰性溶剂四氢呋喃稀释，反应的化学平衡将_(填“正向移 动”“逆向移动”或“不移动”)平衡时，A与 CH3OH物质的量浓度之比 c(A)：c(CH3OH)=_。 （3）为研究反应体系的动力学行为，向盛有四氢呋喃的另一容器中加入一定量 A、B和 CH3OH。控制温度 为 353K， A、 B 物质的量浓度 c随反应时间 t的变化如图所示。 代表 B 的变化曲线为_(填“X”或“Y”)； t=100s 时，反应的正反应速率 v正_逆反应速率 v逆(填“”“”或“=
3、)。 2 （2021 浙江卷）含硫化合物是实验室和工业上的常用化学品。请回答： （1）实验室可用铜与浓硫酸反应制备少量 2 SO： 1 24422 Cu(s)2H SO (l)CuSO (s)SO (g)2H O(l)H= 11.9kJ mol。判断该反应的自发性并说 明理由_。 （2）已知 1 223 2SO (g)+O (g)2SO (g)H= 198kJ mol 。850K时，在一恒容密闭反应器中充入 一定量的 2 SO和 2 O，当反应达到平衡后测得 2 SO、 2 O和 3 SO的浓度分别为 31 6.0 10 mol L 、 31 8.0 10 mol L 和 12 4.4 10
4、mol L 。 该温度下反应的平衡常数为_。 平衡时 2 SO的转化率为_。 （3）工业上主要采用接触法由含硫矿石制备硫酸。 下列说法正确的是_。 A须采用高温高压的反应条件使 2 SO氧化为 3 SO B进入接触室之前的气流无需净化处理 C通入过量的空气可以提高含硫矿石和 2 SO的转化率 D在吸收塔中宜采用水或稀硫酸吸收 3 SO以提高吸收速率 接触室结构如图 1 所示，其中 14表示催化剂层。图 2 所示进程中表示热交换过程的是_。 A 11 ab B 12 ba C 22 ab D 23 ba E. 33 ab F. 34 ba G. 44 ab 对于放热的可逆反应，某一给定转化率下，
5、最大反应速率对应的温度称为最适宜温度。在图 3 中画出反 应 223 2SO (g)O (g)2SO (g)的转化率与最适宜温度(曲线)、平衡转化率与温度(曲线)的关系曲线 示意图(标明曲线 、 )_。 （4）一定条件下，在 22422 Na SH SOH O溶液体系中，检测得到 pH时间振荡曲线如图 4，同时观察到 体系由澄清浑浊澄清的周期性变化。可用一组离子方程式表示每一个周期内的反应进程，请补充其中 的 2个离子方程式。 . 2 SH =HS ._； . 222 HSH OH =S2H O ； ._。 3 （2021 广东卷）我国力争于 2030 年前做到碳达峰，2060 年前实现碳中和
6、。CH4与 CO2重整是 CO2利用 的研究热点之一。该重整反应体系主要涉及以下反应： a)CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) H1 b)CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) H2 c)CH4(g)C(s)+2H2(g) H3 d)2CO(g)CO2(g)+C(s) H4 e)CO(g)+H2(g)H2O(g)+C(s) H5 （1）根据盖斯定律，反应 a的H1=_(写出一个代数式即可)。 （2）上述反应体系在一定条件下建立平衡后，下列说法正确的有_。 A增大 CO2与 CH4的浓度，反应 a、b、c的正反应速率都增加 B移去部分 C(s)，反应 c、d、e 的平
7、衡均向右移动 C加入反应 a 的催化剂，可提高 CH4的平衡转化率 D降低反应温度，反应 ae的正、逆反应速率都减小 （3）一定条件下，CH4分解形成碳的反应历程如图所示。该历程分_步进行，其中，第_步的 正反应活化能最大。 （4）设 K r p为相对压力平衡常数，其表达式写法：在浓度平衡常数表达式中，用相对分压代替浓度。气体 的相对分压等于其分压（单位为 kPa）除以 p0（p0=100kPa） 。反应 a、c、e的 ln K r p随 1 T （温度的倒数）的 变化如图所示。 反应 a、c、e 中，属于吸热反应的有_(填字母)。 反应 c的相对压力平衡常数表达式为 K r p=_。 在图中
8、A点对应温度下、 原料组成为n(CO2):n(CH4)=1:1、 初始总压为100kPa的恒容密闭容器中进行反应， 体系达到平衡时 H2的分压为 40kPa。计算 CH4的平衡转化率，写出计算过程_。 （5）CO2用途广泛，写出基于其物理性质的一种用途：_。 4 （2021 全国乙卷）一氯化碘(ICl)是一种卤素互化物，具有强氧化性，可与金属直接反应，也可用作有机 合成中的碘化剂。回答下列问题： （1）历史上海藻提碘中得到一种红棕色液体，由于性质相似，Liebig 误认为是 ICl，从而错过了一种新元素 的发现，该元素是_。 （2） 氯铂酸钡( 6 BaPtCl)固体加热时部分分解为 2 Ba
9、Cl、Pt和 2 Cl， 376.8时平衡常数 42 p K1.0 10 Pa ， 在一硬质玻璃烧瓶中加入过量 6 BaPtCl， 抽真空后， 通过一支管通入碘蒸气(然后将支管封闭)， 在 376.8， 碘蒸气初始压强为20.0kPa。376.8平衡时，测得烧瓶中压强为32.5kPa，则 ICl p=_kPa，反应 22 2ICl(g)Cl (g)I (g)的平衡常数 K=_(列出计算式即可)。 （3）McMorris测定和计算了在 136180范围内下列反应的平衡常数 p K 。 2p1 2NO(g)+2ICl(g)2NOCl(g)+I (g)K 2p2 2NOCl(g)2NO(g)+Cl
10、(g)K 得到 p1 1 lgK T 和 p2 1 lgK T 均为线性关系，如下图所示： 由图可知，NOCl分解为 NO 和 2 Cl反应的H_0(填“大于”或“小于”) 反应 22 2ICl(g)Cl (g)I (g)的 K=_(用 p1 K 、 p2 K 表示)：该反应的H_0(填“大于”或“小 于”)，写出推理过程_。 （4）Kistiakowsky曾研究了 NOCl光化学分解反应，在一定频率(v)光的照射下机理为： NOClhvNOCl 2 NOClNOCl2NOCl 其中hv表示一个光子能量，NOCl*表示 NOCl 的激发态。可知，分解 1mol的 NOCl 需要吸收_mol 光
11、子。 5 （2021 全国甲卷）二氧化碳催化加氢制甲醇，有利于减少温室气体二氧化碳。回答下列问题： （1）二氧化碳加氢制甲醇的总反应可表示为： 2232 CO (g)3H (g)CH OH(g)H O(g) 该反应一般认为通过如下步骤来实现： -1 2221 CO (g)+H (g)=CO(g)+H O(g)H =+41kJ mol -1 232 CO(g)+2H (g)=CH OH(g)H =-90kJ mol 总反应的H=_ -1 kJ mol；若反应为慢反应，下列示意图中能体现上述反应能量变化的是 _(填标号)，判断的理由是_。 A B C D （2）合成总反应在起始物 22 n H/n
12、 CO=3时，在不同条件下达到平衡，设体系中甲醇的物质的量分数 为 3 x(CH OH)，在t=250下的 3 x CH OH p、在 5 p=5 10 Pa下的 3 x CH OH t如图所示。 用各物质的平衡分压表示总反应的平衡常数，表达式 p K =_； 图中对应等压过程的曲线是_，判断的理由是_； 当 3 x CH OH =0.10时， 2 CO的平衡转化率=_，反应条件可能为_或_。 6 （2021 河北卷）当今，世界多国相继规划了碳达峰、碳中和的时间节点。因此，研发二氧化碳利用技术， 降低空气中二氧化碳含量成为研究热点。 （1）大气中的二氧化碳主要来自于煤、石油及其他含碳化合物的燃
13、烧。已知 25时，相关物质的燃烧热数 据如表： 物质 H2(g) C(石墨，s) C6H6(l) 燃烧热H(kJmol1) 285.8 393.5 3267.5 （1）则 25时 H2(g)和 C(石墨，s)生成 C6H6(l)的热化学方程式为_。 （2）雨水中含有来自大气的 CO2，溶于水中的 CO2进一步和水反应，发生电离： CO2(g)=CO2(aq) CO2(aq)+H2O(l)=H+(aq)+HCO 3 (aq) 25时，反应的平衡常数为 K2。 溶液中 CO2的浓度与其在空气中的分压成正比(分压=总压 物质的量分数)，比例系数为 ymolL1kPa1，当 大气压强为 pkPa，大气
14、中 CO2(g)的物质的量分数为 x 时，溶液中 H+浓度为_molL1(写出表达式， 考虑水的电离，忽略 HCO3 的电离) （3）105时，将足量的某碳酸氢盐(MHCO3)固体置于真空恒容容器中，存在如下平衡：2MHCO3(s) M2CO3(s)+H2O(g)+CO2(g)。上述反应达平衡时体系的总压为 46kPa。 保持温度不变，开始时在体系中先通入一定量的 CO2(g)，再加入足量 MHCO3(s)，欲使平衡时体系中水蒸气 的分压小于 5kPa，CO2(g)的初始压强应大于_kPa。 （4）我国科学家研究 LiCO2电池，取得了重大科研成果，回答下列问题： LiCO2电池中，Li为单质
15、锂片，则该电池中的 CO2在_(填“正”或“负”)极发生电化学反应。研究表明， 该电池反应产物为碳酸锂和单质碳，且 CO2电还原后与锂离子结合形成碳酸锂按以下 4 个步骤进行，写出 步骤的离子方程式。 .2CO2+2e=C2O 2 4 .C2O 2 4 =CO2+CO 2 2 ._ .CO 2 3 +2Li+=Li2CO3 研究表明，在电解质水溶液中，CO2气体可被电化学还原。 .CO2在碱性介质中电还原为正丙醇(CH3CH2CH2OH)的电极反应方程式为_。 .在电解质水溶液中，三种不同催化剂(a、b、c)上 CO2电还原为 CO的反应进程中(H+被还原为 H2的反应 可同时发生)，相对能量
16、变化如图.由此判断，CO2电还原为 CO从易到难的顺序为_(用 a、b、c字母 排序)。 7 （2021 湖南卷）氨气中氢含量高，是一种优良的小分子储氢载体，且安全、易储运，可通过下面两种方 法由氨气得到氢气。 方法 I：氨热分解法制氢气 相关化学键的键能数据 化学键 NN HH NH 键能 -1 E/ kJ mol 946 436.0 390.8 一定温度下，利用催化剂将 3 NH分解为 2 N和 2 H。回答下列问题： （1）反应 322 2NH (g)N (g)3H (g) H=_ 1 kJ mol； （2）已知该反应的 11 198.9J molK S，在下列哪些温度下反应能自发进行？
17、_(填标号) A25 B125 C225 D325 （3）某兴趣小组对该反应进行了实验探究。在一定温度和催化剂的条件下，将 3 0.1molNH通入 3L的密闭 容器中进行反应(此时容器内总压为 200kPa)，各物质的分压随时间的变化曲线如图所示。 若保持容器体积不变， 1 t时反应达到平衡，用 2 H的浓度变化表示 1 0 t时间内的反应速率 2 Hv _ 11 mol Lmin (用含 1 t的代数式表示) 2 t时将容器体积迅速缩小至原来的一半并保持不变，图中能正确表示压缩后 2 N分压变化趋势的曲线是 _(用图中 a、b、c、d 表示)，理由是_； 在该温度下，反应的标准平衡常数 K
18、 _。(已知：分压=总压 该组分物质的量分数，对于反应 dD(g)+eE(g)gG(g)+hH(g)， GH DE gh de pp pp K pp pp ，其中100kPa p， G p、 H p、 D p、 E p为 各组分的平衡分压)。 方法：氨电解法制氢气 利用电解原理，将氨转化为高纯氢气，其装置如图所示。 （4）电解过程中OH的移动方向为_(填“从左往右”或“从右往左”)； （5）阳极的电极反应式为_。 KOH 溶液 KOH 溶液 8 （2021 浙江卷）“氯碱工业”以电解饱和食盐水为基础制取氯气等产品， 氯气是实验室和工业上的常用气 体。请回答： （1）电解饱和食盐水制取氯气的化学
19、方程式是_。 （2）下列说法不正确 的是_。 A可采用碱石灰干燥氯气 B可通过排饱和食盐水法收集氯气 C常温下，可通过加压使氯气液化而储存于钢瓶中 D工业上，常用氢气和氯气反应生成的氯化氢溶于水制取盐酸 （3）在一定温度下，氯气溶于水的过程及其平衡常数为： Cl2(g)Cl2(aq) K1=c(Cl2)/p Cl 2(aq) + H2O(l)H+ (aq)+Cl (aq) + HClO(aq) K2 其中 p 为 Cl2(g)的平衡压强，c(Cl2)为 Cl2在水溶液中的平衡浓度。 Cl2(g)Cl2(aq)的焓变 H1_0。(填”、“=”或“”) 平衡常数 K2的表达式为 K2=_。 氯气在
20、水中的溶解度(以物质的量浓度表示)为 c，则 c=_。(用平衡压强 p 和上述平衡常数表示，忽 略 HClO 的电离) （4） 工业上， 常采用“加碳氯化”的方法以高钛渣(主要成分为 TiO2)为原料生产 TiCl4， 相应的化学方程式为； I.TiO2(s)+2Cl2(g)TiCl4(g)+O2(g) HI=181 mol L1，KI=3.41029 II.2C(s)+O2(g)2CO(g) HII= 221 molL1，KII=1.2 1048 结合数据说明 氯化过程中加碳的理由_ 。 （5）在一定温度下，以 I2为催化剂，氯苯和 Cl2在 CS2中发生平行反应，分别生成邻二氯苯和对二氯苯
21、， 两产物浓度之比与反应时间无关。反应物起始浓度均为 0.5 mol L1，反应 30 min 测得氯苯 15%转化为邻二 氯苯， 25%转化为对二氯苯。 保持其他条件不变， 若要提高产物中邻二氯苯的比例， 可采用的措施是_。 A适当提高反应温度 B改变催化剂 C适当降低反应温度 D改变反应物浓度 1 (2020 年新课标)硫酸是一种重要的基本化工产品， 接触法制硫酸生产中的关键工序是 SO2的催化氧化： SO2(g)+ 1 2 O2(g) 钒催化剂 SO3(g) H=98 kJ mol 1。回答下列问题： (1)钒催化剂参与反应的能量变化如图所示，V2O5(s)与 SO2(g)反应生成 VO
22、SO4(s)和 V2O4(s)的热化学方程式 为：_。 2020 年高考真题年高考真题 (2)当 SO2(g)、 O2(g)和 N2(g)起始的物质的量分数分别为 7.5%、 10.5%和 82%时， 在 0.5MPa、 2.5MPa 和 5.0MPa 压强下，SO2平衡转化率 随温度的变化如图所示。反应在 5.0MPa、550时的 =_，判断的依 据是_。影响 的因素有_。 (3)将组成(物质的量分数)为 2m% SO2(g)、m% O2(g)和 q% N2(g)的气体通入反应器，在温度 t、压强 p 条件下 进行反应。平衡时，若 SO2转化率为 ，则 SO3压强为_，平衡常数 Kp=_(以
23、分压表 示，分压=总压 物质的量分数)。 (4)研究表明，SO2催化氧化的反应速率方程为：v=k( 1)0.8(1n)。式中：k 为反应速率常数，随温度 t 升高而增大； 为 SO2平衡转化率， 为某时刻 SO2转化率， n 为常数。 在 =0.90 时， 将一系列温度下的 k、 值代入上述速率方程，得到 vt 曲线，如图所示。 曲线上 v 最大值所对应温度称为该 下反应的最适宜温度 tm。ttm后，v 逐渐下降。 原因是_。 2(2020 年新课标)天然气的主要成分为 CH4，一般还含有 C2H6等烃类，是重要的燃料和化工原料。 (1)乙烷在一定条件可发生如下反应：C2H6(g)= C2H4
24、(g)+H2(g) H，相关物质的燃烧热数据如下表所示： 物质 C2H6(g) C2H4(g) H2(g) 燃烧热 H/( kJ mol1) -1560 -1411 -286 H=_kJ mol1。 提高该反应平衡转化率的方法有_、_。 容器中通入等物质的量的乙烷和氢气，在等压下(p)发生上述反应，乙烷的平衡转化率为 。反应的平衡 常数 Kp=_(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压 物质的量分数)。 (2)高温下，甲烷生成乙烷的反应如下：2CH4 高温 C2H6+H2。反应在初期阶段的速率方程为：r=k 4 CH c ， 其中 k 为反应速率常数。 设反应开始时的反应速率为 r1，甲烷的转
25、化率为 时的反应速率为 r2，则 r2=_ r1。 对于处于初期阶段的该反应，下列说法正确的是_。 A增加甲烷浓度，r 增大 B增加 H2浓度，r 增大 C乙烷的生成速率逐渐增大 D降低反应温度，k 减小 (3)CH4和 CO2都是比较稳定的分子， 科学家利用电化学装置实现两种分子的耦合转化， 其原理如下图所示： 阴极上的反应式为_。 若生成的乙烯和乙烷的体积比为 21，则消耗的 CH4和 CO2体积比为_。 3(2020 年新课标)二氧化碳催化加氢合成乙烯是综合利用 CO2的热点研究领域。回答下列问题： (1)CO2催化加氢生成乙烯和水的反应中，产物的物质的量之比 n(C2H4)n(H2O)
26、=_。当反应达到 平衡时，若增大压强，则 n(C2H4)_(填“变大”“变小”或“不变”)。 (2)理论计算表明，原料初始组成 n(CO2)n(H2)=13，在体系压强为 0.1MPa，反应达到平衡时，四种组分 的物质的量分数 x 随温度 T 的变化如图所示。 图中， 表示 C2H4、 CO2变化的曲线分别是_、 _。 CO2催化加氢合成 C2H4反应的 H_0(填“大 于”或“小于”)。 (3)根据图中点 A(440K，0.39)，计算该温度时反应的平衡常数 Kp=_(MPa)3(列出计算式。以分压表 示，分压=总压 物质的量分数)。 (4)二氧化碳催化加氢合成乙烯反应往往伴随副反应，生成
27、C3H6、C3H8、C4H8等低碳烃。一定温度和压强条 件下，为了提高反应速率和乙烯选择性，应当_。 4(2020 年天津卷)利用太阳能光解水，制备的 H2用于还原 CO2合成有机物，可实现资源的再利用。回答 下列问题： .半导体光催化剂浸入水或电解质溶液中，光照时可在其表面得到产物 (1)下图为该催化剂在水中发生光催化反应的原理示意图。光解水能量转化形式为_。 (2)若将该催化剂置于 Na2SO3溶液中， 产物之一为 2- 4 SO， 另一产物为_。 若将该催化剂置于 AgNO3 溶液中，产物之一为 O2，写出生成另一产物的离子反应式_。 .用 H2还原 CO2可以在一定条下合成 CH3OH
28、(不考虑副反应)： 2232 CO (g)+3H (g) CH OH(g)+H O(g) 0H (3)某温度下，恒容密闭容器中，CO2和 H2的起始浓度分别为 a molL-1和 3 a molL-1，反应平衡时，CH3OH 的产率为 b，该温度下反应平衡常数的值为_。 (4)恒压下，CO2和 H2的起始物质的量比为 1:3 时，该反应在无分子筛膜时甲醇的平衡产率和有分子筛膜时 甲醇的产率随温度的变化如图所示，其中分子筛膜能选择性分离出 H2O。 甲醇平衡产率随温度升高而降低的原因为_。 P 点甲醇产率高于 T 点的原因为_。 根据上图，在此条件下采用该分子筛膜时的最佳反应温度为_ C。 .调
29、节溶液 pH 可实现工业废气 CO2的捕获和释放 (5) 2- 3 CO的空间构型为_。已知 25碳酸电离常数为 Ka1、Ka2，当溶液 pH=12 时， -2- 2333 c H CO:c HCO:c CO=1：_：_。 5(2020 年江苏卷)CO2/ HCOOH 循环在氢能的贮存/释放、燃料电池等方面具有重要应用。 (1)CO2催化加氢。在密闭容器中，向含有催化剂的 KHCO3溶液(CO2与 KOH 溶液反应制得)中通入 H2生成 HCOO-，其离子方程式为_；其他条件不变，HCO3-转化为 HCOO-的转化率随温度的变化如图-1 所示。反应温度在 4080范围内，HCO3-催化加氢的转
30、化率迅速上升，其主要原因是_。 (2) HCOOH 燃料电池。研究 HCOOH 燃料电池性能的装置如图-2 所示，两电极区间用允许 K+、H+通过的 半透膜隔开。 电池负极电极反应式为_；放电过程中需补充的物质 A 为_(填化学式)。 图-2 所示的 HCOOH 燃料电池放电的本质是通过 HCOOH 与 O2的反应，将化学能转化为电能，其反应 的离子方程式为_。 (3) HCOOH 催化释氢。在催化剂作用下， HCOOH 分解生成 CO2和 H2可能的反应机理如图-3 所示。 HCOOD 催化释氢反应除生成 CO2外，还生成_(填化学式)。 研究发现：其他条件不变时，以 HCOOK 溶液代替
31、HCOOH 催化释氢的效果更佳，其具体优点是 _。 6(2020 年江苏卷)吸收工厂烟气中的 SO2，能有效减少 SO2对空气的污染。氨水、ZnO 水悬浊液吸收烟气 中 SO2后经 O2催化氧化，可得到硫酸盐。 已知：室温下，ZnSO3微溶于水，Zn(HSO3)2易溶于水；溶液中 H2SO3、HSO3-、SO32-的物质的量分数随 pH 的分布如图-1 所示。 (1)氨水吸收 SO2。向氨水中通入少量 SO2，主要反应的离子方程式为_；当通入 SO2至溶液 pH=6 时，溶液中浓度最大的阴离子是_(填化学式)。 (2)ZnO 水悬浊液吸收 SO2。向 ZnO 水悬浊液中匀速缓慢通入 SO2，在开始吸收的 40mim 内，SO2吸收率、 溶液 pH 均经历了从几乎不变到迅速降低的变化(见图-2)。溶液 pH 几乎不变阶段，主要产物是 _(填化学式)；SO2吸收率迅速降低阶段，主要反应的离子方程式为_。 (3)O2催化氧化。其他条件相同时，调节吸收 SO2得到溶液的 pH 在 4.56.5 范围内，pH 越低 SO 2- 4 生成速率 越大，其主要原因是_；随着氧化的进行，溶液的 pH 将_(填“增大”、“减小”或“不变”)。
