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上海市向明中学2023-2024学年高二下学期3月质量监控考化学（等级）试卷（原卷版+解析版）
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可能用到的原子量：H-1 C-12
重要的氮肥—尿素的合成(19分)
1. 尿素[CO(NH2)2]是一种重要的氮肥。工业上以CO2和NH3为原料合成尿素，在尿素合成塔中的主要反应可表示如下：
反应I：2NH3(g)+CO2(g)H2NCOONH4(s)(氨基甲酸铵) △H1=-272kJ•ml-1
反应II：H2NCOONH4(s)CO(NH2)2(s)+H2O(g) △H2=+138kJ•ml-1
总反应III：2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g) △H3
（1）反应I的熵变△S______0(填“＞”“=”或“＜”)，反应III的△H3=______。
（2）下列关于尿素合成的说法正确的是______。
A 及时分离出尿素可促使反应II向正反应方向移动
B. 从合成塔出来的混合气体分离出水蒸气后可以循环使用
C. 保持容积不变，充入惰性气体增大压强，可提高总反应Ⅲ的反应速率
D. 保持压强不变，降低氨碳比[]可提高反应I中NH3的平衡转化率
研究反应I的逆反应对提高尿素产率有重要意义。某研究学习小组把一定量的氨基甲酸铵固体放入容积为2L的密闭容器中，在T℃下分解：CO(NH2)2(s)2NH3(g)+CO2(g)，t1时达到化学平衡。c(CO2)随时间t变化曲线如图所示。
（3）可以判断该分解反应已经达到平衡的是______。
A. 混合气体的平均摩尔质量不变B. 密闭容器中总压强不变
C. 密闭容器中混合气体的密度不变D. 密闭容器中氨气的体积分数不变
（4）T℃时，该反应的化学平衡常数K的值为_______。
（5）在0—t1时间内该化学反应速率v(NH3)=______。
（6）若其他条件不变，t2时将容器体积压缩到1L，t3时达到新平衡。请在图中画出t2～t4时间内c(CO2)随时间t变化的曲线______。
【答案】（1） ①. ＜ ②. -134kJ•ml-1 （2）BD （3）BC
（4）0.0005 （5）ml•L-1•s-1
（6）
【解析】
【小问1详解】
反应I：2NH3(g)+CO2(g)H2NCOONH4(s)为气体体积减小反应，所以熵变△S <0，由盖斯定律可知，反应Ⅰ+Ⅱ=Ⅲ，则ΔH3=(-272kJ/ml)+(+138kJ/ml)=-134 kJ/ml。
【小问2详解】
A．尿素是固体，减少固体的量平衡不移动，故A错误；
B．从合成塔出来的混合气体分离出水蒸气剩余氨气和二氧化碳，可以循环使用，故B正确；
C．保持容积不变，充入惰性气体增大压强，但是反应物气体的浓度不变，反应速率不变，故C错误；
D．保持压强不变，降低氨碳比可以使平衡向右移动，可提高反应I中的平衡转化率，故D正确；
答案为BD。
【小问3详解】
A．混合气体始终是NH3和CO2按照物质的量2：1混合，故平均摩尔质量为定值，其不变不能说明达到平衡，故A不符合题意；
B．该反应是气体体积增大的反应，容器为恒容，容器中总压强不变能说明达到平衡，故B符合题意；
C．反应物是固体，生成物是气体，容器中混合气体的密度不变说明气体的质量不变，能说明达到平衡，故C符合题意；
D．混合气体始终是NH3和CO2按照物质的量2：1混合，容器中氮气的体积分数始终不变，故不能说明达到平衡，故D不符合题意；
答案选BC。
【小问4详解】
T℃时，平衡时c(CO2)=0.05ml/L，则c(NH3)=2c(CO2)=0.1ml/L，K= c(CO2)c2(NH3)=0.05×0.12=0.0005。
【小问5详解】
在0t1时间内该化学反应速率v(CO2)= ，则v(NH3)=2 v(CO2)= ml•L-1•s-1。
【小问6详解】
若其他条件不变，t2时将容器体积压缩到1L，此时c(CO2)变为0.1ml/L，达到新平衡时，由于K=c(CO2)c2(NH3)不变，故新平衡时c(CO2)不变，则c(CO2)又降低为0.05ml/L，故图像为：。
二、合成氮及其工业应用(21分)
与氨气相关的化学变化是氮循环和转化的重要一环，对生产、生活有重要的价值。
2. 如图转化途径中属于“固氮”的是
A. ④⑤⑥B. ①③④C. ①⑤⑦D. ②⑧⑨
【答案】B
【解析】
【详解】“固氮”的是氮元素由游离态变为化合态，①是氮气转化为氨气，③是氮气转化为硝酸根、亚硝酸根离子；④是氮气转化为植物体内的有机氮，属于“固氮”的是①③④，选B。
3. 合成氨是目前转化空气中氮最有效的工业方法，其反应历程和能量变化的简图如图：(图中ad表示物质吸附在催化剂表面时的状态)
（1）由图可知合成氨反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的△H=______kJ•ml-1，对总反应速率影响较大的是步骤_______。(填写编号)
（2）若改变某一条件，使合成氨的化学反应速率加快，下列解释正确的是_______。
A. 升高温度，使单位体积内活化分子百分数增加
B. 增加反应物的浓度，使活化分子百分数增加
C. 使用催化剂，能降低反应活化能，使单位体积内活化分子数增加
D. 增大压强，能降低反应的活化能，使单位体积内活化分子数增加
（3）下列关于硫酸工业和合成氨工业说法错误的是_______。
A. 都采用了高压B. 都使用了催化剂
C. 生产流程中都有造气和净化D. 都使用了热交换器
合成氨厂的CO2可用于合成重要化工原料CH3OH，主要反应为：3H2(g)+CO2(g)CH3OH(g)+H2O(g)。向两个容积固定为2L的密闭容器中分别充入比例相同，但总量不同的H2和CO2气体，H2的平衡转化率与初始充入物质的量(n)、反应温度(T)的关系如图所示。
（4）若T1时，向容器中充入n1ml气体(3mlH2和1mlCO2)，反应至5min时达到平衡，则0~5min内CO2的平均反应速率v(CO2)=_______ml•L-1•min-1。
（5）由图可判断该反应是_______(选填“吸热”或“放热”)反应，在______(填“较高”或“较低”)温度下有利于该反应自发进行。
（6）判断图中n1、n2相对大小：n1______n2。(选填“＜”或“＞”)
【答案】（1） ①. -92.2 ②. ③ （2）AC （3）A
（4）0.03 （5） ①. 放热 ②. 较低
（6）＜
【解析】
【小问1详解】
由图中可知，氮气和氢气反应生成氨气的焓变为-（500-100-307.8）kJ/ml=-92.2kJ/ml；活化能越大，对化学反应速率影响越大，故对总反应影响最大的是步骤③。
【小问2详解】
A．升高温度，使分子的能量增大，活化分子百分数增大，A正确；
B．增大反应物浓度，单位体积内分子总数增多，但活化分子百分数不变，单位体积内活化分子总数增多，B错误；
C．催化剂降低活化能，增大活化分子百分数，C正确；
D．增大压强，不能改变活化能，D错误；
故选AC。
【小问3详解】
A．合成氨工业采用高压的条件，硫酸工业采用的是常压，故A错误；
B．催化剂可以加快反应速率，硫酸工业和合成氨工业都使用了催化剂，故B正确；
C．硫酸工业和合成氨工业生产流程中都有造气和净化，故C正确；
D．硫酸工业和合成氨工业生产流程中都需要加热，都使用了热交换器，故D正确；
故选A。
【小问4详解】
根据化学反应速率之比等于对应化学计量数之比有：v(CO2)= ml•L-1•min-1=0.03 ml•L-1•min-1。
【小问5详解】
升高温度平衡氢气的转化率降低，平衡逆向移动，则反应正向放热，反应正向体积减小，H<0、S<0，当G=H-TS<0时，T较小，该反应低温自发。
【小问6详解】
反应正向体积减小，在恒容、恒温条件下，增大反应物总量(原料比例相同)，相当于加压，平衡向正反应方向进行，H2的平衡转化率增大。读图可知，同在T2时，曲线n2对应H2的平衡转化率比曲线n2高，所以初始充入物质的量多，即n1三、有机物C40H10的制备(9分)
4. C40H10呈现出深碗状几何形状，高温条件下，C40H10可以由C40H10分子经过连续5步反应生成。回答下列问题：
（1）C40H20(g)C40H18(g)+H2(g)反应机理和能量变化如图：
图示历程包含______个基元反应，其中速率最快的是第______个。
（2）已知：i.C40H20(g)C40H18(g)+H2(g) △H=+128kJ•ml-1
ii.C40H18(g)C40H16(g)+H2(g) △H=+128kJ•ml-1
则C40H20(g)C40H16(g)+2H2(g) △H=______kJ•ml-1
（3）某温度下，在恒容密闭容器中加入一定量的C40H20(g)，假定体系内只有反应C40H20(g)C40H18(g)+H2(g)发生，能表明该反应达到平衡状态的是______。
A. 混合气体密度不变
B. 混合气体的平均相对分子质量不变
C. 气体的总物质的量不再改变
D. 容器中C40H20、C40H18、H2物质的量之比为1∶1∶1
（4）烃类常用作燃料。已知在25℃，100kPa下，1g C8H18(辛烷)燃烧生成二氧化碳和液态水时放出48.40kJ热量。表示上述反应的热化学方程式正确的是______。
A. C8H18(l)+12.5O2(g)=8CO2(g)+9H2O(g) △H=-48.40kJ•ml-1
B. C8H18(l)+12.5O2(g)=8CO2(g)+9H2O(l) △H=-5518kJ•ml-1
C. C8H18(l)+12.5O2(g)=8CO2(g)+9H2O(l) △H=+5518kJ•ml-1
D. C8H18(l)+12.5O2(g)=8CO2(g)+9H2O(l) △H=-48.40kJ•ml-1
在一密闭容器中进行反应：C40H12(g)C40H10(g)+H2(g) △H＞0。
（5）下列措施既能提高反应物的平衡转化率，又能增大生成C40H10的反应速率的是______。
A. 升高温度B. 增大压强C. 加入催化剂D. 减小压强
（6）在某温度、100kPa下，向反应器中充入1ml气态C40H12，其平衡转化率为50%，欲将平衡转化率提高至75%，需要向反应器中充入_______ml水蒸气作为稀释气。
【答案】（1） ①. 3 ②. 1
（2）+256 （3）BC （4）B （5）A
（6）5
【解析】
【小问1详解】
图示历程包含3个过渡态，则包含3个基元反应；相同条件下，活化能越大，反应速率越慢，由图可知，过渡态1的活化能最小，其反应速率最快，故其中速率最快的是第1个；
【小问2详解】
反应i + ii得到反应C40H20(g)C40H16(g)+2H2(g)，根据盖斯定律得到，△H=(+128kJ•ml-1)+(+128kJ•ml-1)= +256kJ•ml-1；
【小问3详解】
A．混合气体质量、体积始终不变，混合气体密度也保持不变，故混合气体密度不变，不能说明反应达到平衡状态，A项不选；
B．混合气体质量不变，该反应为气体分子数增大的反应，当混合气体的平均相对分子质量不变，说明混合气体的总物质的量不变，反应达到平衡状态，B项选；
C．该反应为气体分子数增大的反应，混合气体的总物质的量不变，反应达到平衡状态，C项选；
D．容器中C40H20、C40H18、H2物质的量之比为1∶1∶1，不能说明混合气体的总物质的量不变，不能说明反应达到平衡状态，D项不选；
答案选BC；
【小问4详解】
1g C8H18(辛烷)燃烧生成二氧化碳和液态水时放出48.40kJ热量，1ml C8H18(辛烷)的质量为114g，其燃烧生成二氧化碳和液态水时放出的热量为，其热化学方程式为C8H18(l)+12.5O2(g)=8CO2(g)+9H2O(l) △H=-5518kJ•ml-1，答案选B；
【小问5详解】
A．该反应为吸热反应，升高温度，平衡正向移动，反应物的平衡转化率增大，且升高温度反应速率增大，A项选；
B．该反应为气体分子数减小的反应，增大压强，平衡逆向移动，反应物的平衡转化率减小，B项不选；
C．加入催化剂，平衡不移动，反应物的平衡转化率不变，C项不选；
D．减小压强，反应速率减小，D项不选；
答案选A；
【小问6详解】
在某温度、100kPa下，向反应器中充入1ml气态C40H12，其平衡转化率为50%，达平衡时，C40H12、C40H10(g)、H2(g)物质的量均为0.5ml，气体总物质的量为1.5ml，，欲将平衡转化率提高至75%，设向反应器中充入x ml水蒸气作为稀释气，反应后C40H12、C40H10(g)、H2(g)的物质的量分别为0.25ml、0.75ml、0.75ml，气体总物质的量为(1.75+x) ml，，解得x=5。
四、CO2催化加氢制甲醇(22分)
5. CO2催化加氢制甲醇是极具前景的温室气体资源化研究领域。在某CO2催化加氢制甲醇的反应体系中发生的主要反应有：
i.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H1
ii.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H2=+41kJ•ml-1
iii.CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H3=-90kJ•ml-1
回答下列问题：
（1）△H1=________kJ/ml。
（2）若反应i的△S=-175J•ml-1•K-1，下列温度下反应能自发进行的是_______。
A. 5℃B. 20℃C. 100℃D. 200℃
（3）已知几种化学键的键能数据如表所示：
则CO中的C≡O的键能E=_______kJ/ml。
（4）反应i的进程与体系能量如图所示。下列说法错误的是_______。
A. 反应①为吸热反应，总反应为放热反应
B. 反应②可表示为CO+2H2=CH3OH
C. 反应①的活化能比反应②的大
D. 反应②的速率小于反应①，是慢反应
10MPa时，往某恒容密闭容器中按投料比n(CO2)：n(H2)=1：3充入CO2和H2。反应达到平衡时，测得各组分的物质的量分数随温度变化的曲线如图所示。
（5）图中250℃时，反应ii的平衡常数_______1。(填“＞”“＜”或“=”)。
（6）图中X、Y分别代表_______、_______(填化学式)。
（7）温度一定时，增大压强，CO2平衡转化率______。(填“增大”“减小”或“不变”)。
【答案】（1）-49 （2）A
（3）1091 （4）D
（5）＜ （6） ①. CO ②. CH3OH
（7）增大
【解析】
【小问1详解】
根据盖斯定律可知反应ii+iii可得反应i，所以△H1=△H2+△H3=41kJ/ml+(-90kJ/ml)=-49kJ/ml；
【小问2详解】
若根据图示CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=-49kJ/ml，ΔS=-175J⋅ml-1⋅K-1=-0.175kJ⋅ml-1⋅K-1，ΔG=ΔH-TΔS＜0反应能自发进行，则-49kJ⋅ml-1-T×(-0.175kJ⋅ml-1⋅K-1)＜0，T＜280K，即温度低于7℃时反应能自发进行；故答案为A；
【小问3详解】
设CO中的C≡O的键能为E，根据CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H3=-90kJ•ml-1，△H3=E+2-351 kJ/ml-463 kJ/ml-kJ/ml=-90kJ•ml-1，解得E=1091 kJ/ml；
【小问4详解】
A．由图可知，反应①为吸热反应，总反应为放热反应，故A正确；
B．反应②可表示为CO+2H2=CH3OH，故B正确；
C．由图可知，反应①活化能比反应②的大，故C正确；
D．反应①的活化能比反应②的大，故反应①为慢反应，故D错误；
答案为D；
【小问5详解】
反应i、iii为放热反应，而反应ii为吸热反应，升高温度，反应ii平衡正向移动，使CO和H2O物质的量分数增大，说明X代表CO，反应i、iii平衡逆向移动，CH3OH、H2O物质的量分数减小，因反应i和iii都生成CH3OH，则升高温度，CH3OH减小的幅度更大，说明Z代表H2O，Y代表CH3OH；反应ii的K=，250℃时根据图可知x(CO2)和x(H2)均大于x(CO)和x(H2O)，则250℃时反应ii的K＜1；
【小问6详解】
由上一小问的分析可知，X、Y分别代表CO、CH3OH；
【小问7详解】
反应i是气体分子数减少的反应，反应ii是气体分子数不变的反应，温度一定时，增大压强，反应i平衡正向移动，反应ii平衡不移动，则CO2平衡转化率增大。
6. 汽车尾气净化的主要原理为2NO(g)＋2CO(g)⇌2CO2(g)＋N2(g) ΔH＜0。若该反应在绝热、恒容的密闭体系中进行，下列示意图正确且能说明反应在进行到t1时刻达到平衡状态的是
A. B.
C. D.
【答案】A
【解析】
【详解】A．由于是绝热、恒容密闭体系，随着反应的进行，体系的温度升高，温度不变则达到平衡状态，A正确；
B．反应的焓变是个定值，其不能说明反应达到平衡，B错误；
C．随着反应的进行，体系的温度升高，反应速率加快，当正反应速率不变时达到平衡状态，C错误；
D．随着反应的进行，体系的温度升高，K不断减小，当K不变时，即温度保持不变，该反应达到平衡状态，D错误；
故选A。
五、有机多环化合物的合成(19分)
7. 用N－杂环卡其碱(NHCbase)作为催化剂，可合成多环化合物。下面是一种多环化合物H的合成路线(无需考虑部分中间体的立体化学)。
已知：CH3CH=CHCHO
(羟醛缩合，酮类也有类似性质)
回答下列问题：
（1）B的化学名称为________。
（2）反应②涉及两步反应，已知第一步反应类型为加成反应，第二步的反应类型为_______。
（3）写出C与Br2/CCl4反应产物的结构简式________。
（4）E的结构简式为_______。
（5）H中含氧官能团的名称是_______。
（6）化合物X是C的同分异构体，可发生银镜反应，与酸性高锰酸钾反应后可以得到对苯二甲酸，写出X的结构简式________。
（7）如果要合成H的类似物H′()，参照上述合成路线，写出相应的D′和G′的结构简式_______、_______。H′分子中有______个手性碳。
【答案】（1）苯甲醛 （2）消去反应
（3） （4） （5）硝基、酯基和羰基
（6） （7） ①. ②. ③. 5
【解析】
【分析】由合成路线，A的分子式为C7H8O，在Cu作催化剂的条件下发生催化氧化生成B，B的结构简式为，则A为，B与CH3CHO发生加成反应生成，再发生消去反应生成C，C的结构简式为，C与Br2/CCl4发生加成反应得到，再在碱性条件下发生消去反应生成D，D为，B与E在强碱的环境下还原得到F，E的分子式为C5H6O2，F的结构简式为，可推知E为，F与反应生成G，G与D反应生成H，据此分析解答。
【小问1详解】
B的结构简式为，因此B的化学名称为苯甲醛，故答案为：苯甲醛。
【小问2详解】
反应②为苯甲醛与乙醛发生的羟醛缩合反应，该反应分两步进行，第一步通过加成反应生成，第二步发生消去反应得到；故答案为：消去反应。
【小问3详解】
由C的结构简式可知，C分子中存在碳碳双键，其与Br2/CCl4发生加成反应生成的物质的结构简式为；故答案为：。
【小问4详解】
结合B、F的结构简式及E的分子式可知，E的结构简式为，苯甲醛先与E在强碱作用下反应得到，接着被还原为；故答案为：。
【小问5详解】
由H的结构简式可知，H中含氧官能团的名称为硝基、酯基、羰基；故答案为：硝基、酯基、羰基。
【小问6详解】
X是C的同分异构体，可发生银镜反应，说明X中含有醛基。结合苯甲醛、苯乙烯遇到酸性高锰酸钾均会转化为苯甲酸，化合物X与酸性高锰酸钾反应后可得到对苯二甲酸，可知化合物X为芳香化合物，且有两个取代基，并处于对位，故满足条件的X的结构简式为，故答案为：。
【小问7详解】
对比H的结构简式与H'的结构简式可知，将D中的苯环替换为可得D'的结构简式为；同理将G中的苯环替换为氢原子可得G'的结构简式为。根据手性碳的定义可知，手性碳原子必须是饱和碳原子，则满足条件的手性碳用“*”表示如图，故答案为：；；5。化学键
C－H
O－H
C－O
H－H
键能/(kJ•ml-1)
413
463
351
436
可能用到的原子量：H-1 C-12
重要的氮肥—尿素的合成(19分)
1. 尿素[CO(NH2)2]是一种重要的氮肥。工业上以CO2和NH3为原料合成尿素，在尿素合成塔中的主要反应可表示如下：
反应I：2NH3(g)+CO2(g)H2NCOONH4(s)(氨基甲酸铵) △H1=-272kJ•ml-1
反应II：H2NCOONH4(s)CO(NH2)2(s)+H2O(g) △H2=+138kJ•ml-1
总反应III：2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g) △H3
（1）反应I的熵变△S______0(填“＞”“=”或“＜”)，反应III的△H3=______。
（2）下列关于尿素合成的说法正确的是______。
A 及时分离出尿素可促使反应II向正反应方向移动
B. 从合成塔出来的混合气体分离出水蒸气后可以循环使用
C. 保持容积不变，充入惰性气体增大压强，可提高总反应Ⅲ的反应速率
D. 保持压强不变，降低氨碳比[]可提高反应I中NH3的平衡转化率
研究反应I的逆反应对提高尿素产率有重要意义。某研究学习小组把一定量的氨基甲酸铵固体放入容积为2L的密闭容器中，在T℃下分解：CO(NH2)2(s)2NH3(g)+CO2(g)，t1时达到化学平衡。c(CO2)随时间t变化曲线如图所示。
（3）可以判断该分解反应已经达到平衡的是______。
A. 混合气体的平均摩尔质量不变B. 密闭容器中总压强不变
C. 密闭容器中混合气体的密度不变D. 密闭容器中氨气的体积分数不变
（4）T℃时，该反应的化学平衡常数K的值为_______。
（5）在0—t1时间内该化学反应速率v(NH3)=______。
（6）若其他条件不变，t2时将容器体积压缩到1L，t3时达到新平衡。请在图中画出t2～t4时间内c(CO2)随时间t变化的曲线______。
【答案】（1） ①. ＜ ②. -134kJ•ml-1 （2）BD （3）BC
（4）0.0005 （5）ml•L-1•s-1
（6）
【解析】
【小问1详解】
反应I：2NH3(g)+CO2(g)H2NCOONH4(s)为气体体积减小反应，所以熵变△S <0，由盖斯定律可知，反应Ⅰ+Ⅱ=Ⅲ，则ΔH3=(-272kJ/ml)+(+138kJ/ml)=-134 kJ/ml。
【小问2详解】
A．尿素是固体，减少固体的量平衡不移动，故A错误；
B．从合成塔出来的混合气体分离出水蒸气剩余氨气和二氧化碳，可以循环使用，故B正确；
C．保持容积不变，充入惰性气体增大压强，但是反应物气体的浓度不变，反应速率不变，故C错误；
D．保持压强不变，降低氨碳比可以使平衡向右移动，可提高反应I中的平衡转化率，故D正确；
答案为BD。
【小问3详解】
A．混合气体始终是NH3和CO2按照物质的量2：1混合，故平均摩尔质量为定值，其不变不能说明达到平衡，故A不符合题意；
B．该反应是气体体积增大的反应，容器为恒容，容器中总压强不变能说明达到平衡，故B符合题意；
C．反应物是固体，生成物是气体，容器中混合气体的密度不变说明气体的质量不变，能说明达到平衡，故C符合题意；
D．混合气体始终是NH3和CO2按照物质的量2：1混合，容器中氮气的体积分数始终不变，故不能说明达到平衡，故D不符合题意；
答案选BC。
【小问4详解】
T℃时，平衡时c(CO2)=0.05ml/L，则c(NH3)=2c(CO2)=0.1ml/L，K= c(CO2)c2(NH3)=0.05×0.12=0.0005。
【小问5详解】
在0t1时间内该化学反应速率v(CO2)= ，则v(NH3)=2 v(CO2)= ml•L-1•s-1。
【小问6详解】
若其他条件不变，t2时将容器体积压缩到1L，此时c(CO2)变为0.1ml/L，达到新平衡时，由于K=c(CO2)c2(NH3)不变，故新平衡时c(CO2)不变，则c(CO2)又降低为0.05ml/L，故图像为：。
二、合成氮及其工业应用(21分)
与氨气相关的化学变化是氮循环和转化的重要一环，对生产、生活有重要的价值。
2. 如图转化途径中属于“固氮”的是
A. ④⑤⑥B. ①③④C. ①⑤⑦D. ②⑧⑨
【答案】B
【解析】
【详解】“固氮”的是氮元素由游离态变为化合态，①是氮气转化为氨气，③是氮气转化为硝酸根、亚硝酸根离子；④是氮气转化为植物体内的有机氮，属于“固氮”的是①③④，选B。
3. 合成氨是目前转化空气中氮最有效的工业方法，其反应历程和能量变化的简图如图：(图中ad表示物质吸附在催化剂表面时的状态)
（1）由图可知合成氨反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的△H=______kJ•ml-1，对总反应速率影响较大的是步骤_______。(填写编号)
（2）若改变某一条件，使合成氨的化学反应速率加快，下列解释正确的是_______。
A. 升高温度，使单位体积内活化分子百分数增加
B. 增加反应物的浓度，使活化分子百分数增加
C. 使用催化剂，能降低反应活化能，使单位体积内活化分子数增加
D. 增大压强，能降低反应的活化能，使单位体积内活化分子数增加
（3）下列关于硫酸工业和合成氨工业说法错误的是_______。
A. 都采用了高压B. 都使用了催化剂
C. 生产流程中都有造气和净化D. 都使用了热交换器
合成氨厂的CO2可用于合成重要化工原料CH3OH，主要反应为：3H2(g)+CO2(g)CH3OH(g)+H2O(g)。向两个容积固定为2L的密闭容器中分别充入比例相同，但总量不同的H2和CO2气体，H2的平衡转化率与初始充入物质的量(n)、反应温度(T)的关系如图所示。
（4）若T1时，向容器中充入n1ml气体(3mlH2和1mlCO2)，反应至5min时达到平衡，则0~5min内CO2的平均反应速率v(CO2)=_______ml•L-1•min-1。
（5）由图可判断该反应是_______(选填“吸热”或“放热”)反应，在______(填“较高”或“较低”)温度下有利于该反应自发进行。
（6）判断图中n1、n2相对大小：n1______n2。(选填“＜”或“＞”)
【答案】（1） ①. -92.2 ②. ③ （2）AC （3）A
（4）0.03 （5） ①. 放热 ②. 较低
（6）＜
【解析】
【小问1详解】
由图中可知，氮气和氢气反应生成氨气的焓变为-（500-100-307.8）kJ/ml=-92.2kJ/ml；活化能越大，对化学反应速率影响越大，故对总反应影响最大的是步骤③。
【小问2详解】
A．升高温度，使分子的能量增大，活化分子百分数增大，A正确；
B．增大反应物浓度，单位体积内分子总数增多，但活化分子百分数不变，单位体积内活化分子总数增多，B错误；
C．催化剂降低活化能，增大活化分子百分数，C正确；
D．增大压强，不能改变活化能，D错误；
故选AC。
【小问3详解】
A．合成氨工业采用高压的条件，硫酸工业采用的是常压，故A错误；
B．催化剂可以加快反应速率，硫酸工业和合成氨工业都使用了催化剂，故B正确；
C．硫酸工业和合成氨工业生产流程中都有造气和净化，故C正确；
D．硫酸工业和合成氨工业生产流程中都需要加热，都使用了热交换器，故D正确；
故选A。
【小问4详解】
根据化学反应速率之比等于对应化学计量数之比有：v(CO2)= ml•L-1•min-1=0.03 ml•L-1•min-1。
【小问5详解】
升高温度平衡氢气的转化率降低，平衡逆向移动，则反应正向放热，反应正向体积减小，H<0、S<0，当G=H-TS<0时，T较小，该反应低温自发。
【小问6详解】
反应正向体积减小，在恒容、恒温条件下，增大反应物总量(原料比例相同)，相当于加压，平衡向正反应方向进行，H2的平衡转化率增大。读图可知，同在T2时，曲线n2对应H2的平衡转化率比曲线n2高，所以初始充入物质的量多，即n1
4. C40H10呈现出深碗状几何形状，高温条件下，C40H10可以由C40H10分子经过连续5步反应生成。回答下列问题：
（1）C40H20(g)C40H18(g)+H2(g)反应机理和能量变化如图：
图示历程包含______个基元反应，其中速率最快的是第______个。
（2）已知：i.C40H20(g)C40H18(g)+H2(g) △H=+128kJ•ml-1
ii.C40H18(g)C40H16(g)+H2(g) △H=+128kJ•ml-1
则C40H20(g)C40H16(g)+2H2(g) △H=______kJ•ml-1
（3）某温度下，在恒容密闭容器中加入一定量的C40H20(g)，假定体系内只有反应C40H20(g)C40H18(g)+H2(g)发生，能表明该反应达到平衡状态的是______。
A. 混合气体密度不变
B. 混合气体的平均相对分子质量不变
C. 气体的总物质的量不再改变
D. 容器中C40H20、C40H18、H2物质的量之比为1∶1∶1
（4）烃类常用作燃料。已知在25℃，100kPa下，1g C8H18(辛烷)燃烧生成二氧化碳和液态水时放出48.40kJ热量。表示上述反应的热化学方程式正确的是______。
A. C8H18(l)+12.5O2(g)=8CO2(g)+9H2O(g) △H=-48.40kJ•ml-1
B. C8H18(l)+12.5O2(g)=8CO2(g)+9H2O(l) △H=-5518kJ•ml-1
C. C8H18(l)+12.5O2(g)=8CO2(g)+9H2O(l) △H=+5518kJ•ml-1
D. C8H18(l)+12.5O2(g)=8CO2(g)+9H2O(l) △H=-48.40kJ•ml-1
在一密闭容器中进行反应：C40H12(g)C40H10(g)+H2(g) △H＞0。
（5）下列措施既能提高反应物的平衡转化率，又能增大生成C40H10的反应速率的是______。
A. 升高温度B. 增大压强C. 加入催化剂D. 减小压强
（6）在某温度、100kPa下，向反应器中充入1ml气态C40H12，其平衡转化率为50%，欲将平衡转化率提高至75%，需要向反应器中充入_______ml水蒸气作为稀释气。
【答案】（1） ①. 3 ②. 1
（2）+256 （3）BC （4）B （5）A
（6）5
【解析】
【小问1详解】
图示历程包含3个过渡态，则包含3个基元反应；相同条件下，活化能越大，反应速率越慢，由图可知，过渡态1的活化能最小，其反应速率最快，故其中速率最快的是第1个；
【小问2详解】
反应i + ii得到反应C40H20(g)C40H16(g)+2H2(g)，根据盖斯定律得到，△H=(+128kJ•ml-1)+(+128kJ•ml-1)= +256kJ•ml-1；
【小问3详解】
A．混合气体质量、体积始终不变，混合气体密度也保持不变，故混合气体密度不变，不能说明反应达到平衡状态，A项不选；
B．混合气体质量不变，该反应为气体分子数增大的反应，当混合气体的平均相对分子质量不变，说明混合气体的总物质的量不变，反应达到平衡状态，B项选；
C．该反应为气体分子数增大的反应，混合气体的总物质的量不变，反应达到平衡状态，C项选；
D．容器中C40H20、C40H18、H2物质的量之比为1∶1∶1，不能说明混合气体的总物质的量不变，不能说明反应达到平衡状态，D项不选；
答案选BC；
【小问4详解】
1g C8H18(辛烷)燃烧生成二氧化碳和液态水时放出48.40kJ热量，1ml C8H18(辛烷)的质量为114g，其燃烧生成二氧化碳和液态水时放出的热量为，其热化学方程式为C8H18(l)+12.5O2(g)=8CO2(g)+9H2O(l) △H=-5518kJ•ml-1，答案选B；
【小问5详解】
A．该反应为吸热反应，升高温度，平衡正向移动，反应物的平衡转化率增大，且升高温度反应速率增大，A项选；
B．该反应为气体分子数减小的反应，增大压强，平衡逆向移动，反应物的平衡转化率减小，B项不选；
C．加入催化剂，平衡不移动，反应物的平衡转化率不变，C项不选；
D．减小压强，反应速率减小，D项不选；
答案选A；
【小问6详解】
在某温度、100kPa下，向反应器中充入1ml气态C40H12，其平衡转化率为50%，达平衡时，C40H12、C40H10(g)、H2(g)物质的量均为0.5ml，气体总物质的量为1.5ml，，欲将平衡转化率提高至75%，设向反应器中充入x ml水蒸气作为稀释气，反应后C40H12、C40H10(g)、H2(g)的物质的量分别为0.25ml、0.75ml、0.75ml，气体总物质的量为(1.75+x) ml，，解得x=5。
四、CO2催化加氢制甲醇(22分)
5. CO2催化加氢制甲醇是极具前景的温室气体资源化研究领域。在某CO2催化加氢制甲醇的反应体系中发生的主要反应有：
i.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H1
ii.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H2=+41kJ•ml-1
iii.CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H3=-90kJ•ml-1
回答下列问题：
（1）△H1=________kJ/ml。
（2）若反应i的△S=-175J•ml-1•K-1，下列温度下反应能自发进行的是_______。
A. 5℃B. 20℃C. 100℃D. 200℃
（3）已知几种化学键的键能数据如表所示：
则CO中的C≡O的键能E=_______kJ/ml。
（4）反应i的进程与体系能量如图所示。下列说法错误的是_______。
A. 反应①为吸热反应，总反应为放热反应
B. 反应②可表示为CO+2H2=CH3OH
C. 反应①的活化能比反应②的大
D. 反应②的速率小于反应①，是慢反应
10MPa时，往某恒容密闭容器中按投料比n(CO2)：n(H2)=1：3充入CO2和H2。反应达到平衡时，测得各组分的物质的量分数随温度变化的曲线如图所示。
（5）图中250℃时，反应ii的平衡常数_______1。(填“＞”“＜”或“=”)。
（6）图中X、Y分别代表_______、_______(填化学式)。
（7）温度一定时，增大压强，CO2平衡转化率______。(填“增大”“减小”或“不变”)。
【答案】（1）-49 （2）A
（3）1091 （4）D
（5）＜ （6） ①. CO ②. CH3OH
（7）增大
【解析】
【小问1详解】
根据盖斯定律可知反应ii+iii可得反应i，所以△H1=△H2+△H3=41kJ/ml+(-90kJ/ml)=-49kJ/ml；
【小问2详解】
若根据图示CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=-49kJ/ml，ΔS=-175J⋅ml-1⋅K-1=-0.175kJ⋅ml-1⋅K-1，ΔG=ΔH-TΔS＜0反应能自发进行，则-49kJ⋅ml-1-T×(-0.175kJ⋅ml-1⋅K-1)＜0，T＜280K，即温度低于7℃时反应能自发进行；故答案为A；
【小问3详解】
设CO中的C≡O的键能为E，根据CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H3=-90kJ•ml-1，△H3=E+2-351 kJ/ml-463 kJ/ml-kJ/ml=-90kJ•ml-1，解得E=1091 kJ/ml；
【小问4详解】
A．由图可知，反应①为吸热反应，总反应为放热反应，故A正确；
B．反应②可表示为CO+2H2=CH3OH，故B正确；
C．由图可知，反应①活化能比反应②的大，故C正确；
D．反应①的活化能比反应②的大，故反应①为慢反应，故D错误；
答案为D；
【小问5详解】
反应i、iii为放热反应，而反应ii为吸热反应，升高温度，反应ii平衡正向移动，使CO和H2O物质的量分数增大，说明X代表CO，反应i、iii平衡逆向移动，CH3OH、H2O物质的量分数减小，因反应i和iii都生成CH3OH，则升高温度，CH3OH减小的幅度更大，说明Z代表H2O，Y代表CH3OH；反应ii的K=，250℃时根据图可知x(CO2)和x(H2)均大于x(CO)和x(H2O)，则250℃时反应ii的K＜1；
【小问6详解】
由上一小问的分析可知，X、Y分别代表CO、CH3OH；
【小问7详解】
反应i是气体分子数减少的反应，反应ii是气体分子数不变的反应，温度一定时，增大压强，反应i平衡正向移动，反应ii平衡不移动，则CO2平衡转化率增大。
6. 汽车尾气净化的主要原理为2NO(g)＋2CO(g)⇌2CO2(g)＋N2(g) ΔH＜0。若该反应在绝热、恒容的密闭体系中进行，下列示意图正确且能说明反应在进行到t1时刻达到平衡状态的是
A. B.
C. D.
【答案】A
【解析】
【详解】A．由于是绝热、恒容密闭体系，随着反应的进行，体系的温度升高，温度不变则达到平衡状态，A正确；
B．反应的焓变是个定值，其不能说明反应达到平衡，B错误；
C．随着反应的进行，体系的温度升高，反应速率加快，当正反应速率不变时达到平衡状态，C错误；
D．随着反应的进行，体系的温度升高，K不断减小，当K不变时，即温度保持不变，该反应达到平衡状态，D错误；
故选A。
五、有机多环化合物的合成(19分)
7. 用N－杂环卡其碱(NHCbase)作为催化剂，可合成多环化合物。下面是一种多环化合物H的合成路线(无需考虑部分中间体的立体化学)。
已知：CH3CH=CHCHO
(羟醛缩合，酮类也有类似性质)
回答下列问题：
（1）B的化学名称为________。
（2）反应②涉及两步反应，已知第一步反应类型为加成反应，第二步的反应类型为_______。
（3）写出C与Br2/CCl4反应产物的结构简式________。
（4）E的结构简式为_______。
（5）H中含氧官能团的名称是_______。
（6）化合物X是C的同分异构体，可发生银镜反应，与酸性高锰酸钾反应后可以得到对苯二甲酸，写出X的结构简式________。
（7）如果要合成H的类似物H′()，参照上述合成路线，写出相应的D′和G′的结构简式_______、_______。H′分子中有______个手性碳。
【答案】（1）苯甲醛 （2）消去反应
（3） （4） （5）硝基、酯基和羰基
（6） （7） ①. ②. ③. 5
【解析】
【分析】由合成路线，A的分子式为C7H8O，在Cu作催化剂的条件下发生催化氧化生成B，B的结构简式为，则A为，B与CH3CHO发生加成反应生成，再发生消去反应生成C，C的结构简式为，C与Br2/CCl4发生加成反应得到，再在碱性条件下发生消去反应生成D，D为，B与E在强碱的环境下还原得到F，E的分子式为C5H6O2，F的结构简式为，可推知E为，F与反应生成G，G与D反应生成H，据此分析解答。
【小问1详解】
B的结构简式为，因此B的化学名称为苯甲醛，故答案为：苯甲醛。
【小问2详解】
反应②为苯甲醛与乙醛发生的羟醛缩合反应，该反应分两步进行，第一步通过加成反应生成，第二步发生消去反应得到；故答案为：消去反应。
【小问3详解】
由C的结构简式可知，C分子中存在碳碳双键，其与Br2/CCl4发生加成反应生成的物质的结构简式为；故答案为：。
【小问4详解】
结合B、F的结构简式及E的分子式可知，E的结构简式为，苯甲醛先与E在强碱作用下反应得到，接着被还原为；故答案为：。
【小问5详解】
由H的结构简式可知，H中含氧官能团的名称为硝基、酯基、羰基；故答案为：硝基、酯基、羰基。
【小问6详解】
X是C的同分异构体，可发生银镜反应，说明X中含有醛基。结合苯甲醛、苯乙烯遇到酸性高锰酸钾均会转化为苯甲酸，化合物X与酸性高锰酸钾反应后可得到对苯二甲酸，可知化合物X为芳香化合物，且有两个取代基，并处于对位，故满足条件的X的结构简式为，故答案为：。
【小问7详解】
对比H的结构简式与H'的结构简式可知，将D中的苯环替换为可得D'的结构简式为；同理将G中的苯环替换为氢原子可得G'的结构简式为。根据手性碳的定义可知，手性碳原子必须是饱和碳原子，则满足条件的手性碳用“*”表示如图，故答案为：；；5。化学键
C－H
O－H
C－O
H－H
键能/(kJ•ml-1)
413
463
351
436
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