2024年高考化学三轮冲刺考前巩固专题训练49 化学原理综合

这是一份2024年高考化学三轮冲刺考前巩固专题训练49 化学原理综合，共52页。试卷主要包含了非选择题等内容，欢迎下载使用。
一、非选择题
1．通过电化学、热化学等方法，将CO2转化为HCOOH等化学品，是实现“双碳”目标的途径之一。
请回答：
（1）某研究小组采用电化学方法将CO2转化为HCOOH，装置如图1。电极B上的电极反应式是 。
（2）该研究小组改用热化学方法，相关热化学方程式如下：
①ΔH3＝ kJ•ml﹣1。
②反应Ⅲ在恒温、恒容的密闭容器中进行，CO2和H2的投料浓度均为1.0ml•L﹣1，平衡常数K＝2.4×10﹣8，则CO2的平衡转化率为 。
③用氨水吸收HCOOH，得到1.00ml•L﹣1氨水和0.18ml•L﹣1甲酸铵的混合溶液，298K时该混合溶液的pH＝ 。[已知：298K时，电离常数Kb（NH3•H2O）＝1.8×10﹣5、Ka（HCOOH）＝1.8×10﹣4]
（3）为提高效率，该研究小组参考文献优化热化学方法，在如图密闭装置中充分搅拌催化剂M的DMSO（有机溶剂）溶液，CO2和H2在溶液中反应制备HCOOH，反应过程中保持CO2（g）和H2（g）的压强不变，总反应CO2+H2⇌HCOOH的反应速率为v，反应机理如下列三个基元反应，各反应的活化能E2＜E1＜＜E3（不考虑催化剂活性降低或丧失）。
①催化剂M足量条件下，下列说法正确的是 ____。
A．v与CO2（g）的压强无关
B．v与溶液中溶解H2的浓度无关
C．温度升高，v不一定增大
D．在溶液中加入N（CH2CH3）3，可提高CO2转化率
（4）②实验测得：298K，p（CO2）＝p（H2）＝2MPa下，v随催化剂M浓度c变化如图3。c⩽c0时，v随c增大而增大：c＞c0时，v不再显著增大。请解释原因 。
2．天然气、石油钻探过程会释放出CO2、H2S等气体。某种将CO2和H2S共活化的工艺涉及反应如下：
①CO2(g)+H2S(g)⇌COS(g)+H2O(g) ΔH1
②CO2(g)+H2S(g)⇌CO(g)+12S2(g)+H2O(g) ΔH2
③H2S(g)⇌12S2(g)+H2(g) ΔH3=+85.79kJ⋅ml−1
④H2(g)+CO2(g)⇌CO(g)+H2O(g) ΔH4=+41.20kJ⋅ml−1
恒压密闭容器中，反应物的平衡转化率、部分生成物的选择性与温度关系如图所示。
已知：i．CO2和H2S的初始物质的量相等：
ii．产率=转化率×选择性：
iii．COS的选择性=n生成(COS)n消耗(H2S)×100%，H2O的选择性=n生成(H2O)n消耗(H2S)×100%。
回答下列问题：
（1）COS分子的空间结构为 形。
（2）ΔH2= kJ⋅ml−1。
（3）以下温度，COS的产率最高的是____。
A．400℃B．600℃C．800℃D．1000℃
（4）温度高于500℃时，H2S的转化率大于CO2，原因是 。
（5）可提高S2平衡产率的方法为____。
A．升高温度B．增大压强C．降低温度D．充入氩气
（6）700℃时反应①的平衡常数K= （精确到0.01）。
（7）催化剂CeO2-MgO对反应②具有高选择性，通过理论计算得到反应的主要路径如下图所示。表示状态2的为____。
A．B．C．
3．二氧化碳一甲烷重整反应制备合成气(H2+CO)是一种生产高附加值化学品的低碳过程。该过程存在如下化学反应：
①CH4(g)+CO2(g)⇌2H2(g)+2CO(g) ΔH1
②CO2(g)+2H2(g)⇌C(s)+2H2O(g) ΔH2=−90.2kJ⋅ml−1
③CH4(g)⇌C(s)+2H2(g) ΔH3=+74.9kJ⋅ml−1
④CO(g)+H2(g)⇌H2O(g)+C(s) ΔH4=−131.3kJ⋅ml−1
回答下列问题：
（1）ΔH1= ，反应① 正向自发进行(填标号)。
A．低温下能 B．高温下能 C．任何温度下都能 D．任何温度下都不能
（2）反应体系总压强分别为5.00MPa、1.00MPa和0.50MPa时，CH4平衡转化率随反应温度变化如图所示，则代表反应体系总压强为5.00MPa的曲线是 (填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”)，判断依据是 。
（3）当反应体系总压强为0.1MPa时，平衡时部分组分的物质的量随反应温度变化如图所示。随反应温度的升高，CO2的物质的量先增加后减少，主要原因是 。
（4）恒温恒压条件下，向容器中通入1mlCH4和1mlCO2，达到平衡时CH4的转化率为80%，CO2的转化率为50%，碳单质的物质的量为0.8ml，CO的物质的量为 ml，反应①用摩尔分数表示的平衡常数Kx= (结果保留两位小数)。
上述平衡时[c(H2)]2c(CH4)=a，向体系通入He气，重新达到平衡时，[c(H2)]2c(CH4)=b，则a b(填“>”“”“＜”或“=”)。
②在210℃-270℃间，CH3OH的选择性随温度的升高而下降，可能原因为 。
③某条件下，达到平衡时CO2的转化率为15%，CH3OH的选择性为80%，则H2的平衡转化率为 ；反应II的平衡常数Kp= (列出算式即可)。
（3）利用制备的甲醇可以催化制取丙烯，过程中发生如下反应：3CH3OH(g)⇌C3H6(g)+3H2O(g)。该反应的实验数据遵循Arhenius经验公式，如图乙中曲线a所示，已知Arthenius经验公式为Rlnk=-EaT+C(Ea为活化能，假设受温度影响忽略不计，k为速率常数，R和C为常数)，则反应的活化能 kJ·ml-1。当改变外界条件时，实验数据如图乙中的曲线b所示，则实验可能改变的外界条件是 ；此经验公式说明对于某个基元反应，当升高相同温度时，其活化能越大，反应速率增大的 (填“越多”或“越少”)。
11．将CH4和CO2两种气体转化为合成气(H2和CO)，可以实现能量综合利用，对环境保护具有十分重要的意义。甲烷及二氧化碳重整涉及以下反应：
I．CH4(g)+CO2(g)⇌2CO(g)+2H2(g) ΔH1 平衡常数K1
Ⅱ．CO(g)+H2O(g)⇌CO2(g)+H2(g) ΔH2 平衡常数K2
Ⅲ．CH4(g)+2H2O(g)⇌CO2(g)+4H2(g) ΔH3 平衡常数K3
（1）ΔfHθm为标准摩尔生成焓，其定义为标准状态下，由稳定相态的单质生成1 ml该物质的焓变。对于稳定相态单质，其ΔfHθm为零。根据下表数据，计算反应Ⅱ的反应热ΔH2= ，该反应正反应活化能 逆反应活化能(填“大于”、“小于”或“等于”)。
（2）平衡常数K2= (用K1、K3表示)。
（3）一定温度下，维持压强p0，向一密闭容器中通入等物质的量的CH4和H2O(g)发生反应。已知反应Ⅱ的速率方程可表示为v正=k正⋅p(CO)⋅p(H2O)，v逆=k逆⋅p(CO2)⋅p(H2)，其中k正、k逆分别为正、逆反应的速率常数，则以物质的分压表示的反应Ⅱ的平衡常数KpII= (用k正、k逆表示)，另lgk与1T的关系如图所示，①、②、③、④四条直线中，表示lgk正的是 (填序号)，T1温度时，图中A、B、C、D点的纵坐标分别为a+1、a+0.48、a−0.3、a−1，达到平衡时，测得CH4的转化率为60%，且体系中p(CO2)=p(H2O)，则p(CO2)= ，以物质的分压表示的反应I的平衡常数KpⅠ= 。(用含p0的代数式表示，已知：lg5=0.7)
12．二甲醚(DME)是一种重要的化工原料，可以通过CO2制备得到。制备方法和涉及反应如下：
方法a：“二步法”制二甲醚
I：CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=−49.5kJ/ml
Ⅱ：2CH3OH(g)⇌CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH2=−23.4kJ/ml
方法b：“一步法”制二甲醚
Ⅲ：2CO2(g)+6H2(g)⇌CH3OCH3(g)+3H2O(g) ΔH3
两种方法都伴随副反应：
Ⅳ：CO2(g)+H2(g)⇌CO(g)+H2O(g) ΔH4=+41.2kJ/ml
请回答：
（1）反应I自发进行的条件是 ；ΔH3= 。
（2）在一定温度下，向1L的恒容密闭容器中通入1mlCO2(g)和3mlH2(g)和利用方法a制备二甲醚。测得CO2的平衡转化率为30%，CH3OCH3(g)为aml，CO(g)为bml，反应I的平衡常数为 (用含a、b的式子表示，只需列出计算式)。
（3）恒压条件下，在密闭容器中利用方法b制备二甲醚。按照n(CO2)：n(H2)=1：3投料，CO2的平衡转化率和CO、CH3OCH3的选择性随温度变化如图1所示。
(CO的选择性=CO的物质的量参加反应的CO2的物质的量×100%，CH3OCH3的选择性=2×CH3OCH3的物质的量参加反应的CO2的物质的量×100%)
①下列说法正确的是
A．当反应达到平衡时，n(CO2)：n(H2)=1：3
B．曲线①表示二甲醚的选择性
C．温度越低越有利于工业生产二甲醚
D．工业上引入双功能催化剂是为了降低反应Ⅲ的ΔH3
②在200∼350℃的范围内，CO2的平衡转化率先降低后升高的原因： 。
（4）有学者研究反应Ⅱ机理，利用磷酸硅铝分子筛催化甲醇制二甲醚，其中简化的分子筛模型与反应过渡态结构模型如图所示，下列说法正确的是____。(已知：磷酸硅铝分子筛中有酸性位点可以将甲醇质子化，题中的分子筛用“ZOH”符号表示)
A．制得的磷酸硅铝分子筛的孔径越大催化效率越高
B．该反应机理：2CH3OH+ZOH→[H|CH3O⋯CH3⋯OH2+⋯ZO−]→ZOH+(CH3)2O(g)+H2O(g)
C．改变分子筛组分比例适当提高其酸性，有利加快反应速率
D．温度越高，有利于水蒸气脱离分子筛，反应速率越快
13．甲醇水蒸气催化重整是当前制取清洁能源氢气的主要方法，其反应机理如下：
反应1：CH3OH(g)+H2O(g)⇌CO2(g)+3H2(g) ΔH1
反应Ⅱ：CO2(g)+H2(g)⇌CO(g)+H2O(g) ΔH2
请回答下列问题：
（1）在精选催化剂R作用下，反应Ⅰ可通过如图1所示的反应历程实现催化重整，则ΔH1= kJ/ml(用含字母a、b、c的代数式表示)。
（2）将一定量的甲醇气体和水蒸气混合反应，使用催化剂R，测得相同条件下，甲醇的转化率[(CH3OH)%]与CO的物质的量分数[(CO)%]变化如图2所示。反应Ⅱ为 反应(填“吸热”或“放热”)，选择催化剂R的作用为 。
（3）将1 ml甲醇气体和1.2 ml水蒸气混合充入2 L恒容密闭容器中，控制反应温度为300℃、起始压强为2.5 MPa下进行反应。平衡时容器中n(CH3OH)=n(CO)=0.1 ml。此时H2O的浓度为 ，甲醇的转化率为 ，则反应Ⅱ的逆反应的压强平衡常数Kp= 。
（4）相同反应条件下，得到甲醇水蒸气重整反应各组分的实际组成与反应温度关系曲线图。
下列说法正确的是
A．升温对反应Ⅰ的化学反应速率影响更大
B．催化剂的选择应考虑提高生成CO2的选择性
C．催化剂的活性与温度有关，且反应前后化学性质保持不变
D．若容器内气体的平均摩尔质量保持不变，则反应Ⅱ一定处于平衡状态
14．丁二烯是生产丁苯橡胶SBR、ABS 树脂、聚丁二烯橡胶BR等的基本原料，也是生产氯丁二烯、乙烯基环己烯等化学品的关键中间体，工业上常在钼系催化剂作用下，用丁烯氧化脱氢制丁二烯。丁烯氧化脱氢制丁二烯的反应如下：
反应： 2C4H8 (g) +O2 (g) =2C4H6 (g) +2H2O (g) ΔH
副反应①： C4H8(g) +6O2 (g) =4CO2 (g) +4H2O (g) ΔH =-2542.6kJ·ml-1
副反应②： 2C4H6 (g) +11O2 (g) =8CO2 (g) +6H2O (g) ΔH2= -4886.6kJ·ml-1
（1）丁烯氧化脱氢制丁二烯反应的 ΔH = 。
（2）在钼系催化剂作用下，某恒压密闭容器中通入一定量的丁烯和氧气发生反应： 2C4H8 (g) +O2 (g) ⇌2C4H6(g) +2H2O (g)，分别测得温度和氧烯比(氧气和丁烯的物质的量之比)对丁烯的转化率和丁二烯选择性的影响如下图所示：
氧烯比固定，温度升高，丁烯单位时间内转化率先增大后无明显变化的原因是 ； 丁
丁二烯最佳的温度和氧烯比分别为 ；
（3）400℃时，在体积为1L的恒容密闭容器中充入1ml C4H8和1ml O2发生丁烯氧化脱氢制丁二烯反应和副反应①和②，测得此时容器的压强为P0，平衡时容器内的压强为1.2P0，C4H8的转化率为70%，丁二烯的选择性为90%，则平衡后C4H6 (g)的体积分数为 ，丁烯氧化脱氢制丁二烯反应的平衡常数K= 。
（4）钼系催化剂上C4H8燃烧反应的速率方程为v (C4H8) =k·px (C4H8) ·Py (O2)。为确定x和y，通过实验获得如图3数据，则： x和y分别为 、 。
（5）一种以C4H8为主要原料的电池工作原理如图4所示。B上的电极反应式为 。
15．氨是工农业生产中的重要原料，研究氨的合成和转化是一项重要的科研课题。回答下列问题：
（1）已知：工业合成氨合成塔中每产生2mlNH3，放出92.2kJ热量，
则1mlN-H键断裂吸收的能量为 kJ。
（2）在密闭容器中合成氨气，有利于加快反应速率且能提高H2转化率的措施是____(填字母)
A．升高反应温度B．增大反应的压强
C．及时移走生成的NH3D．增加H2的物质的量
（3）将0.6mlN2和0.8mlH2充入恒容密闭容器中，在不同温度下，平衡时NH3的体积分数随压强变化的曲线如图。
甲、乙、丙中温度从高到低的顺序是 。d点N2的转化率是 ，d点Kp= (Kp是以平衡分压表示的平衡常数，平衡分压=平衡时各组分的物质的量分数×总压)。
（4）催化氧化法消除NO反应原理为：6NO+4NH3催化剂__Δ5N2+6H2O。不同温度条件下，氨气与一氧化氮的物质的量之比为2：1时，得到NO脱除率曲线如图甲所示。脱除NO的最佳温度是 。在温度超过1000℃时NO脱除率骤然下降的原因可能是 。
（5）研究发现NH3与NO的反应历程如图乙所示。下列说法正确的是____(填字母)。
A．该反应历程中形成了非极性键和极性键
B．每生成2mlN2，转移的电子总数为8NA
C．Fe2+能降低总反应的活化能，提高反应速率
D．该反应历程中存在：NO+Fe2+-NH2=Fe2++N2↑+H2O
16．近年，甲醇的制取与应用在全球引发了关于“甲醇经济”的广泛探讨。二氧化碳加氢制甲醇已经成为研究热点，在某CO2催化加氢制CH3OH的反应体系中，发生的主要反应如下：
Ⅰ. CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g) ΔH10
回答下列问题：
（1）下列能说明反应Ⅰ一定达到平衡状态的是____(填标号)。
A．v正(CO2)=3v逆(H2)
B．平衡常数不再发生变化
C．混合气体的密度不再发生变化
D．混合气体中H2O(g)的百分含量保持不变
（2）CO2在催化剂作用下，将平均相对分子质量为16的CO2和H2的混合气体充入一恒容密闭容器中发生反应Ⅰ、Ⅱ，已知反应Ⅱ的反应速率v正=k正x(CO2)⋅x(H2)，v逆=k逆x(CO)⋅x(H2O)，k正，k逆为速率常数，x为物质的量分数。
①当CO2转化率达到60%时，反应达到平衡状态，这时CO2和H2的平均相对分子质量为23，若反应Ⅱ的k正=20ml⋅L−1⋅s−1，平衡时反应速率v逆= ml⋅L−1⋅s−1；
②Arrℎenius经验公式为Rlnk=−EaT+C，其中Ea为活化能，T为热力学温度，k为速率常数，R和C为常数，则ΔH2= kJ⋅ml−1 (用含k正、k逆、T、R的代数式表示)。
③由实验测得，随着温度的逐渐升高，反应Ⅰ为主反应，平衡逆向移动平衡时混合气体的平均相对分子质量几乎又变回16，原因是 。
（3）其他条件相同时，反应温度对CH3OH选择性的影响如图所示：
由图可知，温度相同时CH3OH选择性的实验值略高于其平衡值，可能的原因是 。
（4）利用甲醇分解制取烯烃，涉及反应如下。
a. 2CH3OH(g)=C2H4(g)+2H2O(g)
b. 3CH3OH(g)=C3H6(g)+3H2O(g)
c. 3C2H4(g)⇌2C3H6(g)
恒压条件下，平衡体系中各物质的量分数随温度变化如图所示：
已知650K时，2x(C2H4)=x(C3H6)，平衡体系总压强为P，则650K反应c的平衡常数Kp= 。
17．“O3氧化法”和“光催化氧化法”常用于烟气脱硫、脱硝，对环境保护意义重大。回答下列问题：
（1）Ⅰ.O3氧化法
用O3氧化烟气中的SO2时，体系中存在以下反应：
a)SO2(g)+O3(g)⇌SO3(g)+O2(g) ΔH1
b)2O3(g)⇌3O2(g) ΔH2=−286.6kJ⋅ml−1
c)2SO2(g)+O2(g)⇌2SO3(g) ΔH3=−196.6kJ⋅ml−1
根据盖斯定律，ΔH1= 。
（2）在密闭容器中充入1mlN2O4和1mlO3，发生以下反应：
d)N2O4(g)⇌2NO2(g) ΔH4=+57kJ⋅ml−1
e)N2O4(g)+O3(g)⇌N2O5(g)+O2(g) ΔH5
不同压强(p)下，N2O4的平衡转化率α(N2O4)随反应温度(T)的变化关系如下图所示：
①由图可知，ΔH5 0(填“大于”或“小于”下同)，p1 p2。
②下列有关该反应体系的说法正确的是 (填标号)。
A．恒压下，混合气体的密度保持不变时，说明反应体系已达到平衡
B．任意时刻，存在n(NO2)+n(N2O4)+n(N2O5)”“