上海市上海财经大学附属北郊高级中学2024-2025学年高二上学期9月月考 化学试题（原卷版+解析版）

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一、汽车尾气处理
1. 研究CO、、等的处理方法对环境保护有重要意义。利用催化技术可将尾气中的NO和CO转变成和，其反应为：
已知在不同大小的恒容密闭容器中，分别投入相同物质的量的NO与CO发生上述反应，达到平衡时NO的转化率与温度、压强的关系如图所示。
（1）该反应中未涉及到的过程是_______。
A. 极性共价键断裂B. 极性共价键形成
C. 非极性共价键断裂D. 非极性共价键形成
（2）上述反应达到平衡时，下列各项叙述正确的是_______。
A. 容器内压强保持不变
B. 反应物不再转化为生成物
C. 反应物NO的物质的量浓度保持不变
D. 反应速率之比存在关系：
（3）改变下列条件后，既能增大逆反应速率，又能使平衡正向移动的措施是_______。
A. 加入COB. 增大容器体积C. 加催化剂D. 分离出
（4）该反应_______0。
A．大于 B．等于 C．小于
（5）该反应_______0。
A．大于 B．等于 C．小于
（6）_______。
A．大于 B．等于 C．小于
（7）a、b、c三点对应的平衡常数、、相对大小关系是_______。
（8）若容器容积为100L，起始投入NO和CO的物质的量均为0.1ml，达到a点平衡状态所需的时间为5min。则这段时间内反应速率_______。
【答案】（1）C （2）AC （3）A
（4）C （5）C
（6）C （7）>=
（8）
【解析】
【小问1详解】
NO和CO中均只含有极性键，N2中含有非极性键，CO2中含有极性键，则中涉及到极性键的断裂，及极性键、非极性键的形成，不涉及非极性共价键断裂，故选C。
【小问2详解】
A．该反应是气体体积减小的反应，反应过程中压强减小，当容器内压强保持不变时，说明反应达到平衡，A正确；
B．化学平衡是动态平衡，正逆反应速率相等，反应物仍然在转化为生成物，B错误；
C．反应过程中，反应物NO的物质的量浓度减小，当反应达到平衡时，NO的物质的量浓度保持不变时，C正确；
D．由中系数关系可知，反应达到平衡时反应速率之比存在关系：，D错误；
故选AC。
【小问3详解】
由图可知，升高温度，NO的转换率减小，平衡逆向移动，说明反应是放热反应，且为气体体积减小的反应。
A．加入CO，增大反应物浓度，平衡正向移动，同时能增大逆反应速率，A符合题意；
B．增大容器体积减小压强，正逆反应速率都会减小，B不符合题意；
C．加催化剂不会影响平衡状态，平衡不移动，C不符合题意；
D．分离出会使逆反应速率减小，D不符合题意；
故选A。
【小问4详解】
由图可知，升高温度，NO的转换率减小，平衡逆向移动，说明反应是放热反应，ΔH小于0，故选C。
【小问5详解】
是气体体积减小的反应，小于0，故选C。
【小问6详解】
是气体体积减小的反应，增大压强，平衡正向移动，NO的平衡转化率增大，则小于，故选C。
【小问7详解】
平衡常数只受温度影响，该反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，K值减小，a、b、c三点对应的平衡常数、、相对大小关系是：>=。
【小问8详解】
若容器容积为100L，起始投入NO和CO的物质的量均为0.1ml，达到a点平衡状态所需的时间为5min，则这段时间内反应速率。
二、铁及其化合物的应用
铁及其化合物在人类生活中有着极其重要的作用。完成下列填空：
2. 铁原子结构示意图为。由此可知，铁原子有_______种能量不同的电子，铁原子核外3d轨道上共填充了_______个电子。
【答案】 ①. 7 ②. 6
【解析】
【详解】Fe为26号元素，其核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，电子的能量主要由电子层和电子亚层决定，则铁原子有7种能量不同的电子，铁原子核外3d轨道上共填充了6个电子。
3. 向新配制的溶液中，加入一定量的稀硝酸，发生如下反应：
（1）配平上述反应_______。
（2）每生成0.5ml NO气体，转移的电子数为_______。
【答案】（1）
（2）1.5NA
【解析】
【小问1详解】
Fe元素化合价从+2价变为+3价，N元素化合价从+5价变为+2，根据得失电子守恒和元素守恒配平得到该反应的离子方程式为。
【小问2详解】
根据离子方程式可知，每生成1mlNO，转移3ml电子，则每生成0.5ml NO气体，转移的电子数为1.5NA。
4. 现在可以利用铁氧化物循环裂解水制备氢气，其过程如下图所示：
（1）若反应Ⅱ中，每生成0.2克氢气，吸收a kJ的热量，写出该反应的热化学方程式_______。
（2）写出反应Ⅲ的平衡常数表达式_______。
（3）写出铁氧化物循环裂解水制氢的总反应的化学方程式：_______。
（4）科学家想要用组成相似的钴氧化物()代替铁氧化物进行循环制氢。查阅资料发现，使用钴氧化物后反应Ⅰ和反应Ⅱ的值随温度T变化如图所示。
结合图像判断能否用钴氧化物代替铁氧化物进行热化学循环制氢？若可行，举出采用钴氧化物的一个优势；若不可行，说明理由：_______。
（5）和CO的反应过程与温度密切相关。向某容器中加入与CO，当其它条件一定时，达到平衡时CO的体积百分含量随温度的变化关系如图所示。
已知：① △H＞0
② △H＜0
推测当温度达到570℃，平衡时CO体积百分含量最高的原因：_______。
【答案】（1）3FeO(s)+H2O(g)=Fe3O4(s)+H2(g) △H=+10akJ∙ml-1
（2）K=
（3）H2O(g)+C(s)H2(g)+CO(g)
（4）不可行，没有合适的温度使反应Ⅰ、Ⅱ都能自发进行
（5）温度低于570℃时，随温度升高，反应②逆向进行的程度逐渐增大，且占主导地位，温度高于570℃时，反应①正向进行的程度迅速增大，且占主导地位。
【解析】
【小问1详解】
若反应Ⅱ中，FeO(s)与H2O(g)反应生成Fe3O4(s)和H2(g)，每生成0.2克氢气(物质的量为0.1ml)，吸收a kJ的热量，则生成1mlH2(g)，吸热10akJ，该反应的热化学方程式为3FeO(s)+H2O(g)=Fe3O4(s)+H2(g) △H=+10akJ∙ml-1。
【小问2详解】
反应Ⅲ为CO2(g)+C(s)=2CO(g)，平衡常数表达式为K=。
【小问3详解】
反应Ⅰ为CO(g)+Fe3O4(s)=CO2(g)+3FeO(s)，反应Ⅱ为3FeO(s)+H2O(g)=Fe3O4(s)+H2(g)，反应Ⅲ为CO2(g)+C(s)=2CO(g)，则铁氧化物循环裂解水制氢总反应的化学方程式：H2O(g)+C(s)H2(g)+CO(g)。
【小问4详解】
从图中可以看出，反应Ⅰ(CO→C3O4)中，随温度升高，△H-TΔS始终大于0，反应不能自发进行；反应Ⅱ(C3O4→CO)中，随温度升高，△H-TΔS始终小于0，反应能自发进行。但从图中找不到合适的温度使反应Ⅰ、Ⅱ都能自发进行，所以不可行，没有合适的温度使反应Ⅰ、Ⅱ都能自发进行。
【小问5详解】
升高温度，反应①正向移动，CO的体积分数减小，反应②逆向移动，CO的体积分数增大，则当温度达到570℃，平衡时CO体积百分含量最高的原因：温度低于570℃时，随温度升高，反应②逆向进行的程度逐渐增大，且占主导地位，温度高于570℃时，反应①正向进行的程度迅速增大，且占主导地位。
【点睛】ΔG=△H-TΔS＜0时，反应能自发进行。
三、合成氨及其工业应用
与氨气相关的化学变化是氨循环和转化的重要一环，对生产、生活有重要的价值。
5. 合成氨是目前转化空气中氨最有效的工业方法，其反应历程和能量变化的简图如下：(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的_______
（2）对总反应速率影响较大的是步骤_______。
A. ①B. ②C. ③D. ④
（3）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，使单位体积内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
（4）关于合成氨反应，下列说法能说明其达到平衡的是_______。
A. 气体的平均分子质量不再变化
B. 有1ml氮氮三键生成同时有2ml氮氢键生成
C. 气体密度不再变化
D. 氮气与氨气的浓度比值不再变化
【答案】（1） （2）C （3）AC （4）AD
【解析】
【分析】由题中能量变化图可以得到合成氨的在步骤②与步骤④中可以体现，，对总反应速率影响较大是从附着态变为过渡态所要吸收能量最多的，有图可知步骤③影响最大，由此解答。
【小问1详解】
由分析可知，合成氨反应的，故答案为；
【小问2详解】
由分析可知步骤③影响最大，胡答案为C；
【小问3详解】
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，使分子的能量增大，使单位体积内活化分子百分数增加，故A正确；
B．增加反应物的浓度，使单位体积内活化分子总数增多，但单位体积内活化分子百分数不变，故B错误；
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与活化分子百分数增加，故C正确；
D．增大压强，不能改变活化能，故D错误；
故答案为AC；
【小问4详解】
关于合成氨反应，下列说法能说明其达到平衡是
A．气体的平均分子质量不再变化时，该反应不是等体反应，当分子数不变时，平均分子质量不再变化，说明反应达到平衡，故A正确；
B．由总反应式可以推出当有1ml氮氮三键生成同时有6ml氮氢键生成，说明反应达到平衡，故B错误；
C．气体密度不再变化时，由于已知条件中无环境是否是恒容，不能说明反应达到平衡，故C错误；
D．氮气与氨气的浓度比值不再变化时，说明反应达到平衡，故D正确；
故答案AD。
6. 合成氨的逆反应速率随时间的变化如下图：
（1）由图可知，反应进行到a点时_______。
A． B． C．
（2）时改变了某种反应条件，该条件可能是_______。
A. 升温B. 增大氮气的浓度C. 使用催化剂D. 加压
（3）如果在时从混合物中分离出部分，时间段反应处于新的平衡状态，请在图中画出的变化曲线_______。
【答案】（1）A （2）D
（3）
【解析】
【分析】由合成氨方程式可知该反应式是放热反应，且反应正方向为分子数减小的，由此解答。
【小问1详解】
由图可知，反应进行到a点时反应的逆反应速率仍然在加大，说明此时反应没有达到平衡，又因为该逆反应是从零开始的，由此推出此时正反应速率大于逆反应速率，故选A，答案为A；
【小问2详解】
时改变了某种反应条件，
A．如果是升温，则正逆反应速率均增加，然后正逆反应速率趋于相等，由分析可知逆反应速率增加幅度应该大于正反应速率且会存在反应突变，然后逆反应速率降低，故A不正确；
B．如果是增大氮气的浓度，则正反应速率均增加，逆反应速率不变，然后正逆反应速率趋于相等，且不会存在反应突变，故B不正确；
C．如果是使用催化剂，则正逆反应速率均增加，且会存在反应突变，但正逆反应速率一直相等，故C不正确；
D．如果是加压，相当于浓度增加，则正逆反应速率均增加，然后正逆反应速率趋于相等，由分析可知正反应速率增加幅度应该大于逆反应速率且会存在反应突变，然后正反应速率降低，逆反应速率升高，故D正确；
故答案选D；
【小问3详解】
如果在时从混合物中分离出部分，时间段反应处于新平衡状态，根据分离出部分的，则逆反应速率瞬时减小，正反应速率瞬时不变，然后逆反应速率逐渐加大，但比分离前逆反应速率小，由此在图中画出的变化曲线为，故答案为。
7. 合成氨厂的可用于合成重要化工原料，主要反应为：。向两个容积固定为2L的密闭容器中分别充入比例相同，但总量不同的和气体，的平衡转化率与初始充入物质的量(n)、反应温度(T)的关系如下图所示。
（1）若时，向容器中充入3ml 和1ml ，反应至5min时达到平衡，此时的物质的量分数为10%，则0~5min内的平均反应速率_______。
（2）由上图可判断该反应在_______温度下有利于该反应自发进行。
A．较高 B．较低
（3）判断图中、相对大小，并说明理由_______。
【答案】（1）
（2）B （3）n2>n1，理由：该反应为气体体积分数减小的反应，增大压强，平衡正向移动，H2的平衡转化率越大，初始充入物质的量(n)越多，相当于压强越大，由图可知，相同温度下，初始充入物质的量为n2时的H2平衡转化率大于初始充入物质的量n1时H2的平衡转化率
【解析】
【小问1详解】
设反应至5min时达到平衡时，CO2转化量为xml，列出三段式：
此时的物质的量分数为10%，则，x=ml，0~5min内的平均反应速率。
【小问2详解】
由图可知，温度越高，H2的平衡转化率越小，则该反应在较低温度下有利于该反应自发进行，故选B。
小问3详解】
该反应为气体体积分数减小的反应，增大压强，平衡正向移动，H2的平衡转化率越大，初始充入物质的量(n)越多，相当于压强越大，由图可知，相同温度下，初始充入物质的量为n2时的H2平衡转化率大于初始充入物质的量n1时H2的平衡转化率，则n2>n1。
四、甲烷制氢气
8. 甲烷自热重整是先进的制氢方法，包含甲烷氧化和蒸汽重整。向反应系统同时通入甲烷、氧气和水蒸气，发生的主要化学反应有：
键能表
（1）_______。
（2）反应的_______kJ/ml。
（3）在初始阶段，甲烷蒸汽重整的反应速率______甲烷氧化的反应速率。
A．大于 B．等于 C．小于
（4）在2L密闭容器中反应，起始投入和各1ml，平衡时，CO的浓度为0.1ml/L，则平衡常数_______(填数值)；向平衡后的容器中再各加入1ml以上4种物质，则平衡_______移动。
A．正向 B．逆向 C．不
随着温度的升高，该平衡常数_______。
A．增大 B，减小 C．不变
（5）从能量角度分析，甲烷自热重整方法的先进之处在于_______。
【答案】（1）
（2）
（3）C （4） ①. ②. B ③. A
（5）放热的甲烷氧化反应为吸热的蒸气重整提供能量，提高能源的利用率
【解析】
【小问1详解】
根据可得，。
【小问2详解】
根据盖斯定律，由蒸汽重整的两个反应减，可得反应的。
【小问3详解】
由表中数据可知，甲烷氧化的活化能低于甲烷蒸汽重整的活化能，活化能越低，反应速率越快，故在初始阶段，甲烷蒸汽重整的反应速率小于甲烷氧化的反应速率，故选C。
【小问4详解】
则平衡常数；向平衡后的容器中再各加入1ml以上4种物质，此时，则平衡逆向移动，故选B；该反应为吸热反应，温度升高，化学平衡正向移动，则该平衡常数增大，故选A。
【小问5详解】
从能量角度分析，甲烷自热重整方法的先进之处在于放热的甲烷氧化反应为吸热的蒸气重整提供能量，提高能源的利用率。反应过程
化学方程式
焓变(kJ/ml)
活化能(kJ/ml)
甲烷氧化
125.6
-322.0
172.5
蒸汽重整
206.2
240.1
165.0
243.9
键能(kJ/ml)
414
464
498
803
326
436