2022-2022备战高考化学培优 易错 难题(含解析)之化学反应原理综

2020-2021备战高考化学培优 易错 难题(含解析)之化学反应原理综合考查含

详细答案

一、化学反应原理综合考查

1．铜的多种化合物在生产生活中都有广泛用途。请回答下列问题：

（1）Cu 2O 和CuO 是铜的两种氧化物，可互相转化。已知：

i.2Cu 2O(s)＋O 2(g)=4CuO(s) △H =-292.0kJ·mol -1

ii.C(s)＋2CuO(s)=Cu 2O(s)＋CO(g) △H =＋35.5kJ·mol -1

若CO 的燃烧热为283.0kJ·

mol -1，则C(s)的燃烧热为___。 （2）Cu 2O 和CuO 常用作催化剂。

①质子交换膜燃料电池(PEMFC)的燃料气中除含有H 2外还含有少量的CO 和CO 2，其中CO 是PEMFC 催化剂的严重毒化剂，可用CuO/CeO 2作催化剂优先氧化脱除CO 。160℃、用CuO/CeO 2作催化剂时，氧化CO 的化学方程式为___；分别用HIO 3和H 3PO 4对CuO/CeO 2进行处理，在一定条件下，利用不同催化剂进行CO 氧化的对比实验，得如图曲线，其中催化剂___ (填“b”或“c”)催化性能最好；120℃使用催化剂b 进行氧化，若燃料气中CO 的体积

分数为0.71%，气体流速为2000mL·

h -1，则1h 后，CO 体积为___mL 。

②在Cu 2O 催化作用下合成CH 3OH ，反应如下：CO(g)＋2H 2(g)?CH 3OH(g) △H =-90.0kJ·

mol -1，有利于提高该反应CO 的平衡转化率的条件是___(填标号)。

A ．高温低压

B ．低温高压

C ．高温高压

D ．低温低压

T ℃时，将CO 和H 2按一定比例混合后投入容积为2L 的恒容密闭容器中，CO 的起始浓度为1.0mol·L -1，平衡时，测得体系中，n(H 2)=1.4mol ，n(CH 3OH)=1.7mol ，反应达到平衡时CO 的转化率为___，若反应达到平衡状态后，保持其他条件不变，再充入0.2molCO 和0.2molCH 3OH ，平衡向___(填“正”或“逆”)反应方向移动，理由是___。

（3）CuS 呈黑色，是最难溶的物质之一，由于它的难溶性使得一些看似不可能的反应可以

发生。向0.01mol·

L -1CuSO 4溶液中，持续通入H 2S 维持饱和(H 2S 饱和浓度为0.1mol·L -1)，发生反应：H 2S(aq)＋Cu 2＋(aq)CuS(s)＋2H ＋(aq)，该反应的化学平衡常数K 为___(保留2位

有效数字)。已知：K a1(H 2S)=1.1×10-7，K a2(H 2S)=1.3×10-13，K sp (CuS)=6.3×10-36。

【答案】393.5kJ·

mol －1 2CO ＋O 22CO 2 b 2.84 B 85% 正 平衡常数K=322()()()c CH OH c H c CO ? ≈11.6，再充入0.2molCO 和0.2molCH 3OH ，Qc=322()()()c CH OH c H c CO ?

=20.950.70.25?≈7.76

【分析】

【详解】

（1）i.2Cu 2O(s)＋O 2(g)=4CuO(s) △H =-292.0kJ·

mol -1 ii.C(s)＋2CuO(s)=Cu 2O(s)＋CO(g) △H =＋35.5kJ·mol -1 根据盖斯定律，i+2ii 得：2C(s)＋O 2(g)=2CO(g) △H =-221.0kJ·

mol -1，设为Ⅲ，因为2CO(g) +O 2(g)=2CO 2(g) △H =-2×283.0kJ·mol -1，设为Ⅳ，（Ⅲ+Ⅳ）×12

得：C(s)+O 2(g)=CO 2(g) △H =-393.5kJ·mol －1，C(s)的燃烧热为393.5kJ·mol －1。

故答案为：393.5kJ·

mol －1； （2）①160℃、用CuO/CeO 2作催化剂时，氧化CO 的化学方程式为2CO ＋O 22CO 2；如图曲线，其中催化剂b 催化性能最好；120℃使用催化剂b 进行氧化，若燃料气中CO 的体积分数为0.71%，气体流速为2000mL·

h -1，使用催化剂b 进行氧化时，则1h 后，CO 体积为2000mL·

h -1×1h×0.71%×20%=2.84mL 。 故答案为：2CO ＋O 22CO 2；b ；2.84；

②CO(g)＋2H 2(g)?CH 3OH(g) △H =-90.0kJ·

mol -1，反应是体积减小的放热反应，低温高压有利于提高该反应CO 的平衡转化率，故选B 。 T ℃时，将CO 和H 2按一定比例混合后投入容积为2L 的恒容密闭容器中，CO 的起始浓度为1.0mol·L -1，平衡时，测得体系中，n(H 2)=1.4mol ，n(CH 3OH)=1.7mol ，由三段式可得：

()()()231

1

12m ? 1.0 2.40m ?0.85 1.70.85m ?0.150.70.85CO g H g CH OH g ol L ol L ol L ---+?

起始变化平衡

反应达到平衡时CO 的转化率为85%，平衡常数K=322()()()

c CH OH c H c CO ? ≈11.6，再充入0.2molCO 和0.2molCH 3OH ，Qc=322()()()c CH OH c H c CO ? =20.950.70.25

?≈7.76

故答案为：正；平衡常数K=322()()()

c CH OH c H c CO ? ≈11.6，再充入0.2molCO 和0.2molCH 3OH ，Qc=322()()()c CH OH c H c CO ? =20.950.70.25

?≈7.76

K=()

()()222713

122222236()()() 1.110 1.310()()() 6.310

a a sp K H S K H S c H c H c S c Cu c Cu c S K CuS ++---++--???=?===? 2.3×1015；

故答案为：2.3×1015。

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：CH 3OH(g)?CO(g)＋2H 2(g) △H 1＝＋90.64 kJ·mol －1；

水蒸气变换反应：CO(g)＋H 2O(g)?CO 2(g)＋H 2(g) △H 2＝－41.20 kJ·

mol －1。 则CH 3OH(g)＋H 2O(g)?CO 2(g)＋3H 2(g) △H 3＝___________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Pd(III)表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*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(CH 3OH)：n(H 2O)＝1：1.3的混合气体充入一刚性密闭容器中反应。

①实验测得水蒸气变换反应的速率随温度的升高明显下降，原因是

____________________。

②平衡时，测得CH 3OH 的含量在给定温度范围内极小，H 2、H 2O(g)、CO 、CO 2四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的物质的量分数为60%，则t h内v(CH3OH)＝_____MPa·h－1，其分压平衡常数K p＝

_____MPa2。

【答案】+49.44 CH2O*+2H*=CHO*+3H*（或CH2O*=CHO*+H*）随温度升高，催化活性

降低CO2H2O（g）3.75

t

168.75

【解析】

【分析】

【详解】

（1）甲醇分解反应：CH3OH(g)?CO(g)＋2H2(g) △H1＝＋90.64 kJ·mol－1；①

水蒸气变换反应：CO(g)＋H2O(g)?CO2(g)＋H2(g) △H2＝－41.20 kJ·mol－1。②

将①+②，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*，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CH2O*=CHO*+H*，故答案为：CH2O*+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；

②对于反应CO（g）+H 2O（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、H2O的含量均增大，CO2、H2的含量均减小。依据图中信息，可初步得知，a、b曲线分别对应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CO2、H2O（g），故答案为：CO2、H2O（g）；

（4）假设CH3OH的压强变化量为x，列出三段式：

32CH OH g CO g +2H g MPa 5.000MPa x x 2x MPa 5.00-x x 2x ?

（）（）（）起始（）

转化（）

平衡（）

26052100x x =+ ，x=3.75Mpa ，v （CH 3OH ）=3.75MPa th =3.75t

MPa·h －1；Kp=()()()()2223P CO ?P H 3.75MPa 7.5MPa =P CH OH 1.25MPa

? =168.75（MPa ）2， 故答案为：

3.75t

；168.75（MPa ）2。 【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。

3．十八大以来，各地重视“蓝天保卫战”战略。作为煤炭使用大国，我国每年煤炭燃烧释放出的大量SO 2严重破坏生态环境。现阶段主流煤炭脱硫技术通常采用石灰石-石膏法将硫元素以CaSO 4的形式固定，从而降低SO 2的排放。但是煤炭燃烧过程中产生的CO 又会与CaSO 4发生化学反应，降低脱硫效率。相关反应的热化学方程式如下：

反应Ⅰ：CaSO 4(s )+CO (g )

CaO (s ) + SO 2(g ) + CO 2(g ) 活化能Ea 1，ΔH 1=218.4kJ ·mol -

1 反应Ⅱ：CaSO 4(s )+4CO (g )

CaS (s ) + 4CO 2(g ) 活化能Ea 2，ΔH 2= -175.6kJ ·mol －1 请回答下列问题：

（1）反应CaO (s )+3CO (g )+SO 2(g )?CaS (s )+3CO 2(g )；△H =__________kJ ?mol -1；该反应在________（填“高温”“低温”“任意温度”）可自发进行。

（2）恒温密闭容器中，加入足量CaSO 4和一定物质的量的CO 气体，此时压强为p 0。tmin 中时反应达到平衡，此时CO 和CO 2体积分数相等，CO 2是SO 2体积分数的2倍，则反应I 的平衡常数K p ＝________(对于气相反应，用某组分B 的平衡压强p (B )代替物质的量浓度c (B )也可表示平衡常数，记作K p ，如p (B )＝p ·x (B )，p 为平衡总压强，x (B )为平衡系统中B 的物质的量分数)。

（3）图1为1000K 时，在恒容密闭容器中同时发生反应I 和II ，c (SO 2)随时间的变化图像。请分析图1曲线中c (SO 2)在0～t 2区间变化的原因___________________。

（4）图2为实验在恒容密闭容器中，测得不同温度下，反应体系中初始浓度比2c(CO )c(CO)

与SO 2体积分数的关系曲线。下列有关叙述正确的是______________________。 A ．当气体的平均密度不再变化，反应I 和反应Ⅱ同时达到平衡状态

B ．提高CaSO 4的用量，可使反应I 正向进行，SO 2体积分数增大

C ．其他条件不变，升高温度，有利于反应I 正向进行，SO 2体积分数增大，不利于脱硫

D ．向混合气体中通入氧气（不考虑与SO 2反应），可有效降低SO 2体积分数，提高脱硫效率

（5）图1中，t 2时刻将容器体积减小至原来的一半，t 3时达到新的平衡，请在图1中画出t 2-t 3区间c (SO 2)的变化曲线__________。

【答案】-394.0kJ ·mol -1 低温 0.25p 0 反应I 的活化能Ea 1较小，反应速率I 比II 大，0～t 1阶段c (SO 2)增大，t 1后反应II 为主，c (CO )减小，使反应I 逆向进行，故c (SO 2)减小，t 2时反应达到平衡状态。 ACD ；

【解析】

【分析】

【详解】

(1)反应Ⅰ：CaSO 4(s )+CO (g )?CaO (s ) + SO 2(g ) + CO 2(g ) ΔH 1=218.4kJ ·mol -1

反应Ⅱ：CaSO 4(s )+4CO (g )?CaS (s ) + 4CO 2(g ) ΔH 2= -175.6kJ ·mol －1

根据盖斯定律反应Ⅱ-反应Ⅰ得：CaO (s )+3CO (g )+SO 2(g )?CaS (s )+3CO 2(g )，所以，ΔH =ΔH 2-ΔH 1=-175.6kJ ·mol －1-218.4kJ ·mol -1=-394.0kJ ·mol -1。该反应为气体分子数减小的反应，ΔS ＜0，ΔH ＜0，当ΔH -TΔS ＜0时，反应能自发进行，则T 较小的时候反应能自发进行，即该反应在低温时能自发进行，故答案为：-394.0kJ ·mol -1；低温；

(2)设参加反应Ⅰ的CO 起始的物质的量为a ，平衡时，CO 和CO 2体积分数相等，CO 2的体积分数是SO 2体积分数的2倍，故设平衡时，SO 2的物质的量为xmol ，CO 和CO 2的物质的量为2x ，则对于反应Ⅰ有：

()()()()()

422+CaSO s +CO g CaO s + SO g CO g /mol a 00

/mol x x x /mol

a-x

x

x

?

起始变化平衡

则反应Ⅱ生成的CO 2的物质的量为(2x -x )mol =xmol ，生成CO 的物质的量=[2x -(a -x )]mol =(3x -a )mol ，则对于反应Ⅱ有：

()()()()

42++CaSO s 4CO 4x-a x 3x-a

g CaS s 4CO g /mol 0

/mol x /mol

x

?起始变化平衡

结合反应Ⅰ、Ⅱ可知：CO 的充入量为(4x -a )+a =4x ，而平衡时，气体的总物质的量=2x +x +2x =5x ，设平衡时体系总压为p ，则

04x p =5x p ，解得：p =05

p 4

，所以反应Ⅰ的平衡常数Kp =0005p 25p 1

(

)()4

5455p 2()45

????=0.25p 0，故答案为：0.25p 0； (3)因反应Ⅰ的活化能小于反应Ⅱ的活化能，0到t 1，反应Ⅰ速率大于反应Ⅱ，c (SO 2)增大，t 1后反应II 为主，c (CO )减小，使反应I 逆向进行，故c (SO 2)减小，t 2时反应达到平衡状态，故答案为：反应I 的活化能Ea 1较小，反应速率I 比II 大，0～t 1阶段c (SO 2)增大，t 1后反应II 为主，c (CO )减小，使反应I 逆向进行，故c (SO 2)减小，t 2时反应达到平衡状态； (4)A ．反应Ⅰ、Ⅱ都是反应前后气体质量变化的反应，由m =ρV 可知，容器体积V 恒定下，ρ不变，说明气体总质量m 不变，那么容器内每种气体的质量均不变化，已达到平衡，A 正确；

B ．CaSO 4是固体，提高CaSO 4的用量，平衡不移动，B 错误；

C ．反应Ⅰ是吸热反应，升高温度，反应Ⅰ正向移动，SO 2体积分数增大，不利于脱硫，C 正确；

D ．通入氧气，CO 被消耗，反应Ⅰ逆向移动，SO 2体积分数降低，脱硫效率增大，D 正确；

综上所述，ACD 满足题意，故答案为：ACD ；

(5)容器体积减小一半瞬间，二氧化硫浓度变为2倍，同时压强增大，平衡逆向移动，二氧化硫浓度减小，t 2～t 3二氧化硫浓度比t 1～t 2减小的多。根据勒夏特列原理可知，t 3重新平

衡时，二氧化硫浓度略比t 2时刻大，据此如图：，故答

案为：。

【点睛】

勒夏特列原理：当改变外界条件时，平衡向减弱这种改变的方向移动，但不能抵消这种改变。

4．资源化利用2CO ，不仅可以减少温室气体的排放，还可以获得燃料或重要的化工产品。

(1)2CO 的捕集：

①2CO 属于___________分子(填“极性”或“非极性”)，其晶体(干冰)属于__________晶体。

②用饱和23Na CO 溶液做吸收剂可“捕集”2CO 。若所得溶液pH 10=，溶液中

()()-2-33c HCO :c CO =_______；(室温下，23H CO 的71112K 410;K 510--=?=?)若吸收剂失效，可利用NaOH 溶液使其再生，写出该反应的离子方程式_____。

③聚合离子液体是目前广泛研究的2CO 吸附剂。结合下图．．．．

分析聚合离子液体吸附2CO 的有利条件是____________。

(2)生产尿素：工业上以2CO 、3NH 为原料生产尿素()22CO NH ????，该反应分为二步进行：

第一步：32242NH (g)CO (g)H NCOONH (s)+? ΔH=159.5kJ /mol - 第二步：()24222H NCOONH (s)CO NH (s)H O(g)+? ΔH 72.5kJ /mol =+ 写出上述合成尿素的热化学方程式_______。

(3)合成乙酸：中国科学家首次以3CH OH 、2CO 和2H 为原料高效合成乙酸，其反应路径

如图所示：

①原料中的3CH OH 可通过电解法由2CO 制取，用稀硫酸作电解质溶液，写出生成3CH OH 的电极反应式：____________。

②根据图示．．．．

，写出总反应的化学方程式：_______。 【答案】非极性 分子 2:1 2323HCO OH H O CO ---+=+ 低温，低流速(或25℃，

110mL min -?) ()322222NH (g)CO (g)CO NH (s)H O(g)ΔH=87.0kJ /mol ++-? 232CO 6e 6H CH OH H O -+++=+ *322

32Lil 、CH OH+CO +H CH COOH H +H R O 【解析】

【分析】

【详解】

（1）①极性分子是指分子中正负电荷中心不重合，从整个分子来看，电荷的分布是不均匀的，不对称的，而非极性分子是指原子间以共价键结合，分子里电荷分布均匀，正负电荷中心重合的分子，2CO 是非金属氧化物，其结构式为：O =C =O ，属于非极性分子，干冰是固态二氧化碳，属于分子晶体，故答案为：非极性；分子。

②根据()(

)()233H CO 2HCO c c K c +--?=，()()()

323HCO 1012H CO c c K 10mol L c -+---=?=?，则()

()32310HCO 11

CO c 102:1c 510----==?；饱和Na 2CO 3溶液做吸收剂“捕集”CO 2生成NaHCO 3而失效，NaHCO 3是酸式盐，能与NaOH 反应生成Na 2CO 3和H 2O ，其离子反应方程式为：HCO 3?+OH ?=H 2O +CO 32?，故答案为：2:1；HCO 3?+OH ?=H 2O +CO 32?。

③观察图1可知，温度相对越低、气体流速越慢，聚合离子液体吸附CO 2越彻底、效果越好，即吸附CO 2的有利条件温度为25℃或低温，气体流速为10mL ?min ?1或低流速，故答案为：低温，低流速(或25℃，10mL ?min ?1)。

（2）已知：①32242NH (g)CO (g)H NCOONH (s)+? ΔH=159.5kJ /mol -； ②()24222H NCOONH (s)CO NH (s)H O(g)+? ΔH 72.5kJ /mol =+； 根据盖斯定律，①+②可得合成尿素的热化学方程式：

()322222NH (g)CO (g)CO NH (s)H O(g)ΔH=87.0kJ /mol ++-?，故答案为：

()322222NH (g)CO (g)CO NH (s)H O(g)ΔH=87.0kJ /mol ++-?。 （3）①电解时CO 2在阴极得到电子生成CH 3OH ，结合酸性条件写出阴极电极反应式为：232CO 6e 6H CH OH H O -+++=+，故答案为：232CO 6e 6H CH OH H O -+++=+。 ②根据图示可知，CH 3OH 、CO 2和H 2在LiI 、*Rh 作用下生成了乙酸，根据原子守恒写出化学反应方程式为：*32232Lil 、CH OH+CO +H CH COOH H +H R O ，故答案为：

*322

32Lil 、CH OH+CO +H CH COOH H +H R O 。

5．以天然气为原料合成氨是现代合成氨工业发展的方向与趋势

（一）天然气与氮气为原料，以固态质子交换膜为电解质，在低温常压下通过电解原理制备氨气如图所示：

写出在阴极表面发生的电极反应式：_____________。

（二）天然气为原料合成氨技术简易流程如下：

一段转化主要发生的反应如下:

①CH 4（g ） +H 2O （g ） 垐?噲? CO （g ）+3H 2（g ） ΔH 1 = 206 kJ ·mol ˉ1

②CO （g ） + H 2O （g ） 垐?噲? CO 2（g ） + H 2（g ） ΔH 2 = -41 kJ ·mol ˉ1

二段转化主要发生的反应如下:

③2CH 4（g ）+ O 2（g ） 垐?噲? 2CO （g ）+4H 2（g ） ΔH 3 = -71.2 kJ ·mol ˉ1

④2CO （g ） + O 2（g ） 垐?噲? 2CO 2（g ） ΔH 4 = -282 kJ ·mol ˉ1

（1）已知CO 中不含C =O ，H －H 的键能为436 kJ ·mol ˉ1，H －O 的键能为463 kJ ·mol ˉ1，C －H 的键能为414 kJ ·mol ˉ1，试计算C =O 的键能_________。

（2）实验室模拟一段转化过程，在800o C 下，向体积为1L 的恒容密闭反应器中，充入1mol 的CH 4与1mol 的H 2O ，达到平衡时CH 4的转化率为40%，n （H 2）为1.4mol ，请计算反应②的平衡常数_________。

（3）下列说法正确的是_________。

A．合成氨过程实际选择的温度约为700℃，温度过高或过低都会降低氨气平衡产率B．上述工业流程中压缩既能提高反应速率又能提高合成氨的产率

C．二段转化释放的热量可为一段转化提供热源，实现能量充分利用

D．二段转化过程中，需严格控制空气的进气量，否则会破坏合成气中的氢氮比

（4）已知催化合成氨中催化剂的活性与催化剂的负载量、催化剂的比表面积和催化反应温度等因素有关，如图所示：

①实验表明相同温度下，负载量5%催化剂活性最好，分析负载量9%与负载量1%时，催化剂活性均下降的可能原因是________。

②在上图中用虚线作出负载量为3%的催化剂活性变化曲线_______。

【答案】N2+6H++6e- = 2NH3 799.5kJ·molˉ1 3.5 BCD 负载量1%时，则负载量过低导致催化活性降低，负载量9%负载量虽高但催化剂的比表面积会降低而使催化活性降低

【解析】

【分析】

【详解】

(一)与外电源负极相连的为电解池阴极，发生还原反应，装置中N2转化为NH3，所以阴极表面发生的电极反应：N2+6H++6e-=2NH3，故答案：N2+6H++6e- = 2NH3；

(二)(1)根据盖斯定律可知将反应①+②得到：CH4(g)+2H2O(g)=CO2(g)+4H2(g) ΔH

=165kJ/mol，ΔH=4E(C-H)+4E(O-H)-2E(C=O)-4E(H-H)=4×414kJ/mol+4×463kJ/mol-

2×E(C=O)-4×436kJ/mol=165kJ/mol，可得E(C=O)=799.5kJ/mol，故答案为：

799.5kJ/mol；

噲?CO(g)+3H2(g) ΔH1 = 206kJ·molˉ1 (2)发生的反应为① CH4(g)+H2O(g)垐?

()()()()422(mol/L)1100(mol/L)0.40.40.4 1.2(mol/L)0.60.60.41CH g +H O g CO g +3H g .2起始变化平衡?

()()()()

222(mol/L)0.40.60 1.2(mol/L) 1.4 1.2(mol/L)

0.40.6 1.4

CO g + H O g CO g +H g x x x x

x

x

---起始变化平衡?

解得x =0.2mol /L 。反应②的平衡常数K =

0.2 1.4

0.20.4

??=3.5，故答案：3.5；

(3)A ．合成氨的反应为放热过程，温度升高降低平衡转化率，故A 错误；

B ．压缩相当于加压，反应向气体分子数减少方向移动，加压有利于反应正向进行，所以上述工业流程中压缩既能提高反应速率又能提高合成氨的产率，故B 正确；

C ．一段过程主要为吸热过程，二段主要过程为放热过程，因此可以通过传热装置转化释放的热量，可为一段反应转化提供热源，实现能量充分利用，故C 正确；

D ．二段过程中主要是有O 2参加反应，可通过空气来提供反应所需要的O 2，但需严格控制空气的进气量，否则会发生其余副反应，破坏合成气中的氢氮比，故D 正确； 故答案为：B 、C 、D ；

(4)①负载量较低时，提供催化活性中心的活性位点不足，可能导致催化剂活性不够，负载量过高，催化剂的比表面积会降低，导致催化剂活性中心位点过于拥挤，可能导致空间坍塌影响催化活性，故答案为：负载量1%时,则负载量过低导致催化活性降低,负载量9%负载量虽高但催化剂的比表面积会降低而使催化活性降低；

②负载量为3%小于负载量5%，并且已知负载量1%时活性低于5%负载量，负载量为9%时高于负载量为1%的催化剂活性，但1%的负载量与9%的负载量所体现的催化活性及其接近，可推知低负载量对于催化剂活性的影响较之于高负载量对于催化剂活性的影响更大，则3%负载量的催化剂活性应介于5%与9%之间的负载量之间的活性，所以作图为：

，故答案：

。

6．已知，常温下H2S、H2CO3 的电离常数如下表

K a1K a2

H2S9.1×10-81×10-15

H2CO3 4.3×10－7 5.6×10－11

（1）①常温下，0.1mol/L的硫化钠溶液和0.1mol.L-1的碳酸钠溶液，碱性更强的是

_______。其原因是_____________________________。

②常温下，硫化钠水解的离子方程式_____________________________。

（2）H2S能与许多金属离子发生反应，生成溶解度不同和各种颜色的金属硫化物沉淀，可用于分离和鉴定金属离子。

①常温下，NaHS溶液显______（选填“酸性”、“中性”或“碱性”）

②常温下，向100 mL 0.1 mol·L－1 H2S溶液中滴加0.1 mol·L－1NaOH溶液，得到溶液pH与NaOH溶液体积的关系曲线如图所示：

试分析图中a、b、c、d四个点，水的电离程度最大的是________；在b点，溶液中各离子浓度由大到小的排列顺序是______________________________。

（3）脱除天然气中的硫化氢既能减少环境污染，又可回收硫资源，该部分硫化氢用过量NaOH溶液吸收后，再以石墨作电极电解该溶液可回收硫，写出电解得到硫的总反应方程式（忽略氧的氧化还原）_______________；从整个生产工艺的角度分析，该方法不仅能减少环境污染、回收硫、得到一定量的副产物，还具有的优点是___________。

【答案】硫化钠溶液硫化氢的K a2小于碳酸的K a2，硫化钠更易水解 S2- + H2O HS- + OH-、HS- + H 2O H2S + OH-碱性 c c(Na＋)＞c(HS－)＞c(OH－)＝c(H＋) ＞c(S2－)

Na2S＋2H2O S↓＋H2↑＋2NaOH 或S2－＋2H2O S↓＋H2↑＋2OH－产物NaOH可循环使用

【解析】

试题分析：（1）① H2CO3的第二步电离平衡常数是5.6×10－11，大于H2S的第二步电离平衡常数1×10-15，说明S2-的水解程度大于CO32-；②S2-的水解分两步进行；（1）①根据HS-的水解平衡常数和电离平衡常数分析NaHS溶液的酸碱性；②H2S抑制水电离，加入NaOH 中和H2S，H2S抑制作用逐渐减小，到c点H2S恰好与NaOH生成Na2S， Na2S水解促进水电离；d点氢氧化钠过量，过量的氢氧化钠抑制水电离。NaHS溶液呈碱性，在b点溶液呈中性，所以b点溶质是NaHS和H2S，HS-要水解和电离，HS-、H2S的电离生成S2-；HS-

、H2S、H2O电离出H+。（3）硫化氢用过量NaOH溶液吸收后生成Na2S，电解硫化钠溶液生成硫、氢气、氢氧化钠。

解析：（1）① H2CO3的第二步电离平衡常数是5.6×10－11，大于H2S的第二步电离平衡常数1×10-15，说明S2-的水解程度大于CO32-，硫化钠更易水解，所以硫化钠溶液的碱性

强；②S2-的水解分两步进行，硫化钠水解的离子方程式S2- + H2O HS- + OH-、HS- +

H 2O H2S + OH-；（2）①HS-的水解平衡常数，电离平

衡常数1×10-15，水解大于电离，所以NaHS溶液的呈碱性；②H2S抑制水电离，加入NaOH 中和H2S，H2S抑制作用逐渐减小，到c点H2S恰好与NaOH生成Na2S， Na2S水解促进水电离；d点氢氧化钠过量，过量的氢氧化钠抑制水电离，所以C点水电离程度最大。NaHS溶液呈碱性，在b点溶液呈中性，所以b点溶质是NaHS和H2S， HS-、H2S的电离生成S2-

；HS-、H2S、H2O电离出H+，所以b点，溶液中各离子浓度由大到小的排列顺序是c(Na ＋)＞c(HS－)＞c(OH－)＝c(H＋) ＞c(S2－)。（3）硫化氢用过量NaOH溶液吸收后生成Na2S，电解硫化钠溶液生成硫、氢气、氢氧化钠，电解总方程式为

Na2S＋2H2O S↓＋H2↑＋2NaOH。该方法不仅能减少环境污染、回收硫、得到一定量的副产物，还具有的优点是NaOH可循环使用。

电解：向酸溶液中逐滴加入碱溶液，水电离程度逐渐增大，碱过量时水的电离程度再逐渐减小。NaHA溶液的酸碱性要根据HA-的电离和水解程度判断，若电离程度大于水解程度，溶液呈酸性；若水解大于电离，则溶液呈碱性。

7．合成氨是人类科学技术发展史上的一项重大突破，研究表明液氨是一种良好的储氢物质。

（1）化学家Gethard Ertl证实了氢气与氮气在固体催化剂表面合成氨的过程，示意如下图：

下列说法正确的是____（选填字母）。

A ．①表示N 2、H 2分子中均是单键

B ．②→③需要吸收能量

C ．该过程表示了化学变化中包含旧化学键的断裂和新化学键的生成

（2）氨气分解反应的热化学方程式如下：2NH 3（g ）

N 2（g ）＋3H 2（g ） △H ，若N 三N 键、H 一H 键和N 一H 键的键能分别记作a 、b 和c （单位：kJ·mol －l ），则上述反应的△H ＝___kJ·mol 一1。

（3）研究表明金属催化剂可加速氨气的分解。下表为某温度下等质量的不同金属分别催化

等浓度氨气分解生成氢气的初始速率（m mol ．min 一1）。

①不同催化剂存在下，氨气分解反应活化能最大的是___（填写催化剂的化学式）。 ②温度为T ，在一体积固定的密闭容器中加入2 molNH 3，此时压强为P 0，用Ru 催化氨气分解，若平衡时氨气分解的转化率为50％，则该温度下反应2NH 3（g ）

N 2（g ）十3H 2（g ）用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数K p ＝___。[己知：气体分压（p 分）

＝气体总压（p 总）x 体积分数]

（4）关于合成氨工艺的理解，下列正确的是___。

A ．合成氨工业常采用的反应温度为500℃左右，可用勒夏特列原理解释

B ．使用初始反应速率更快的催化剂Ru ，不能提高平衡时NH 3的产量

C ．合成氨工业采用10 MPa 一30 MPa ，是因常压下N 2和H 2的转化率不高

D ．采用冷水降温的方法可将合成后混合气体中的氨液化

（5）下图为合成氨反应在不同温度和压强、使用相同催化剂条件下，初始时氮气、氢气的体积比为1：3时，平衡混合物中氨的体积分数[ （NH 3）]。

①若分别用v A （NH 3）和v B （NH 3）表示从反应开始至达平衡状态A 、B 时的化学反应速率，则v A （NH 3）____v B （NH 3）（填“＞”、“＜”或“＝”）。

②在250℃、1.0×104kPa 下，H 2的转化率为______%（计算结果保留小数点后1位）。 （6）N 2和H 2在铁作催化剂作用下从145℃就开始反应，随着温度上升，单位时间内NH 3产率增大，但温度高于900℃后，单位时间内NH 3产率逐渐下降的原因________。

【答案】BC 6c-a-3b Fe 2027P 64

BC < 66.7 高于900℃后，产率受平衡移动影响为主，温度升高，平衡向左移动，NH 3 产率下降

【解析】

【分析】

⑴A. N 2分子中是三键不是单键；

B. ②→③的过程是分子中价键断裂为原子，价键断裂是吸收能量的；

C. 化学变化的本质就是旧化学键的断裂，新化学键的生成。

⑵H -?=反应物化学键断裂吸收的能量生成物化学键生成放出的能量，根据反应方程式3222NH (g)N (g)+3H (g)?计算；

⑶①根据碰撞理论的解释，催化剂的催化原理实质上是降低反应的活化能，活化能越低，则活化分子百分数越高，反应速率越大；

②

体积分数等于物质的量分数所以3NH 的体积分数为

13 、N 2的体积分数为16

、2H 的体积分数为12 ，根据同温同体积下，压强之比等于物质的量之比得总压强03P P 2= 化学平衡常数32p 211(P )(P )326K P 116(P )3

???==?? 带入03P P 2=，得2027Kp P 64= ⑷A.反应为放热反应，按勒夏特列原理，应选择较低温度，此反应考虑到催化剂的活化温度；

B.催化剂的作用是增大反应速率，使反应尽快到到平衡，但不影响反应物转化率；

C. 223N (g)+3H (g)2NH (g)?

反应是体积减小的反应，增大压强反应向右进行，增大转化率；

D.氨气的沸点比水低，采用冷水降温的方法不能将合成后混合气体中的氨液化； ⑸①压强大，速率大，温度高，速率大；

② 初始时氮气、氢气的体积比为1：3时，假设2N 为1 mol 、2H 为3 mol ， 设平衡时，2N 消耗 x mol ，再根据三段式法列式计算。

⑹合成氨的反应是放热反应，当温度高于900℃后，产率受平衡移动影响为主，温度升高，平衡向左移动，NH 3 产率下降；

【详解】

⑴A.N 2分子中是三键不是单键，故A 错误；

B. ②→③的过程是分子中价键断裂为原子，价键断裂是吸收能量的，故需要吸收能量，故B 正确；

C.化学变化的本质就是旧化学键的断裂，新化学键的生成，所以氢气与氮气在固体催化剂表面合成氨的过程表示了化学变化中包含旧化学键的断裂和新化学键的生成，故C 正确； 故答案为：BC 。

⑵H -?=反应物化学键断裂吸收的能量生成物化学键生成放出的能量，3NH 含有三个N-H 键，根据反应方程式3222NH (g)N (g)+3H (g)?可得

1H 6c a 3bkJ mol -?=--g ，故答案为：6c a 3b --；

⑶①Fe 作催化剂时，氢气的初始生成速率最小，根据碰撞理论的解释，催化剂的催化原理实质上是降低反应的活化能，活化能越低，则活化分子百分数越高，反应速率越大，所以上述金属比较，铁作催化剂时，氨分解的活化能最大，故答案为：Fe ；

②

体积分数等于物质的量分数所以3NH 的体积分数为

13 、N 2的体积分数为16

、2H 的体积分数为12 ，根据同温同体积下，压强之比等于物质的量之比得总压强03P P 2= 化学平衡常数32p 211(P )(P )326K P 116(P )3

???==?? 带入03P P 2=，得2027Kp P 64= ⑷A.反应为放热反应，按勒夏特列原理，应选择较低温度，此反应主要是考虑到催化剂的活化温度，故A 错误；

B.催化剂的作用是增大反应速率，使反应尽快到到平衡，但不影响反应限度，故使用初始反应速率更快的催化剂Ru ，不能提高平衡时NH 3的产量，故B 正确；

C. 223N (g)+3H (g)2NH (g)?反应是体积减小的反应，增大压强反应向右进行，所以合成氨工业压强采用10 MPa 一30 MPa ，可以大大增加转化率，故C 正确；

D.氨气的沸点比水低，采用冷水降温的方法不能将合成后混合气体中的氨液化，故D 错误；

故答案为BC ；

⑸①压强大，速率快，温度高，速率快，B 的温度比A 的高，B 的压强比A 的大，所以B 的速率大于A 的速率，故答案为：＜；

②初始时氮气、氢气的体积比为1：3时，假设2N 为1mol 、2H 为3mol ，设平衡时，2N 消耗xmol

由图可知在250℃、1.0×104kPa 下，平衡混合物中氨的体积分数为50%，列式 2x 50%100%1x 33x 2x =

?-+-+ ，解得23x = ，2H 的转化率为3x 100%66.7%3

?=，故答案为：66.7%； ⑹合成氨的反应是放热反应，当温度高于900℃后，产率受平衡移动影响为主，温度升高，平衡向左移动，NH 3 产率下降，故答案为：高于900℃后，产率受平衡移动影响为主，温度升高，平衡向左移动，NH 3 产率下降；

【点睛】

转化率、压强和平衡常数的计算是解答的难点，注意从阿伏加德罗定律的角度去理解压强与气体物质的量之间的关系，注意结合反应的方程式和表中数据的灵活应用。也可以直接把压强看作是物质的量，利用三段式计算。

8．研究NO 的性质对建设美丽家乡，打造宜居环境具有重要意义。

(1)自然界在闪电时，生成NO 的反应方程式为__________________。

(2)T ℃时在容积为2L 的恒容密闭容器中，充入NO 和O 2发生反应：

2NO(g)+O 2(g)?2NO 2(g)，不同时刻测得容器中n (NO)、n (O 2)如表：

时间/s

0 1 2 3 4 5 n (NO)/mol

1 0.6 0.4 0.

2 0.2 0.2 n (O 2)/mol 0.6 0.4 0.

3 0.2 0.2 0.2

①在T ℃下，0~2s 时，该反应的平均反应速率(NO)v =________；

②该温度下反应的平衡常数K =________，在T ℃下，能提高NO 的平衡转化率的措施有_______、________。

(3)已知NO 和O 2反应的历程如图，回答下列问题：

①写出其中反应①的热化学方程式也(△H 用含物理量E 的等式表示)：________。

②试分析上述基元反应中，反应①和反应②的速率较小的是_____（选填“反应①”或“反应②”）；已知反应①会快速建立平衡状态，反应②可近似认为不影响反应①的平衡。对该反应体系升高温度，发现总反应速率变慢，其原因可能是____________。

【答案】N 2＋O 2闪电2NO 0.15mol·L －1·s －1 160.0L·mol －1 增大O 2的浓度 增大体系压强 2NO(g)?N 2O 2(g) △H =－(E 3－E 2)kJ·mol －1 反应② 因为反应①为放热反应，升高温度，反应①平衡逆向移动，导致c (N 2O 2)减小，反应②变慢，而反应②为慢反应是总反应速率的决速反应

【解析】

【分析】

(2)根据(NO)=c n v t V t

??=??计算化学反应速率；根据2222(NO )=(NO)(O )c K c c 求算平衡常数； (3)根据△H =生成物的总能量－反应物的总能量求算△H ；

(4)一般来说，活化能越大，化学反应速率越慢。

【详解】

(1)在闪电时，N 2和O 2会发生化合反应生成NO ，化学方程式为N 2＋O 2闪电2NO ；

(2)①在T ℃下，0～2s 时，n (NO)从1mol 降低到0.4mol ，变化了0.6mol ，容器体积为2L 。根据(NO)=c n v t V t ??=??，带入数据，有-1-10.6mol (NO)=0.15mol L s 2L 2s

v =?g g ； ②根据方程式，从开始到平衡，消耗n (NO)=1mol －0.2mol=0.8mol ，则生成

n (NO 2)=0.8mol 。平衡时，NO 、O 2、NO 2的物质的量分别为0.2mol 、0.2mol 、0.8mol ，容器

体积为2L ，平衡常数2222(NO )=(NO)(O )

c K c c ，带入数据，有220.8mol (

)2==160.0L/mol 0.2mol 0.2mol ()()22L K L L ?； 在T ℃下，提高NO 的转化率，需平衡向正反应方向移动，需要注意的是，温度已经限定，不能改变温度。则增大NO 的转化率，可以增大O 2的浓度；该反应是气体分子数减小的反应，可以压缩体积，增大压强；

(3)①根据图像，反应①为NO(g)反应化合生成N 2O 2(g)，根据△H =生成物的能量－反应物的

能量，则热化学方程式：2NO(g)?N 2O 2(g) △H =－(E 3－E 2)kJ·

mol －1； ②一般来说，活化能越大，化学反应速率越慢。反应①的活化能为E 4－E 3，反应②的活化能为E 5－E 2，根据图示，反应②的活化能大，化学反应速率较小；

化学反应速率慢的基元反应是总反应的决速步，反应②的活化能大，化学反应速率较小，是总反应的决速步。从图示看，反应①和②都是放热反应，升高温度，平衡均逆向移动，

由于反应①快速达到平衡，则反应①的产物N2O2的浓度会减小，但对于反应②来说，

c(N2O2)减小，会使得反应②的反应速率减小，而反应②是总反应的决速步，因此总反应速率变慢。答案：因为反应①为放热反应，升高温度，反应①平衡逆向移动，导致c(N2O2)减小，反应②变慢，而反应②为慢反应是总反应速率的决速反应。

9．工业上用CO、CO2均可以生产甲醇。CO在一定条件下发生反应：

CO(g)+2H 2(g)CH3OH(g)。

（1）图1是反应时CO和CH3OH(g)的浓度随时间变化情况。从反应开始到平衡，用H2浓度变化表示平均反应速率v(H2)=___；

（2）图2表示该反应进行过程中能量的变化，请根据图像写出反应的热化学方程式：

___；

（3）在载人航天器的生态系统中，不仅要求分离去除CO2，还要求提供充足的O2。某种电化学装置可实现如下转化：2CO2=2CO+O2，CO可用作燃料。已知该反应的阳极反应为：

4OH-―4e-=O2↑+2H2O，则阴极反应式为：___；

（4）一种甲醇燃料电池，使用的电解质溶液是2mol·L-1的KOH溶液。

请写出加入(通入)a物质一极的电极反应式___。

【答案】0.15mol/(L·min) CO(g)+2H 2(g)CH3OH(g) △H=－91kJ/mol 2CO2+2H2O+4e-

=2CO+4OH- CH3OH+8OH--6e-=CO32-+6H2O

【解析】

【分析】

(1)依据速率公式进行计算；

(2)根据热化学反应方程式的特点进行分析解答；

(3)根据电解池工作原理和氧化还原反应规律书写电解反应式；

(4)根据燃料电池的特点，燃料做负极来书写电解反应式。

【详解】

(1)由图1可知，CO 是反应物，变化量为0.75 mol/L ，根据CO(g)+2H 2(g)CH 3OH(g)反应可知，H 2的浓度变化量为1.5 mol/L ，所以从反应开始到平衡，用H 2浓度变化表示平均反应速率v(H 2)=1.5mol /L 10min

=0.15mol/(L·min)，故答案：0.15mol/(L·min)； (2)由图2可知，反应物为：1molCO(g)和2molH 2(g)反应，生成1mol CH 3OH(g)放出91kJ 热量，所以该反应的热化学方程式：CO(g)+2H 2(g)

CH 3OH(g) △H =－91kJ/mol ，故答案：CO(g)+2H 2(g)CH 3OH(g) △H =－91kJ/mol ；

(3)已知该反应的阳极反应为：4OH --4e -=O 2↑+2H 2O ，总反应方程式为：2CO 2=2CO+O 2，所以阴极反应式为：2CO 2+2H 2O+4e -=2CO+4OH -，故答案：2CO 2+2H 2O+4e -=2CO+4OH -；

（4）根据电子移动方向可知，a 为负极，充入的是甲醇燃料，失电子发生氧化反应，其电极反应式为CH 3OH+8OH --6e -=CO 32-+6H 2O ，故答案：CH 3OH+8OH --6e -=CO 32-+6H 2O 。

10．运用化学反应原理研究合成氨反应有重要意义，请完成下列探究：

(1)生产氢气：将水蒸气通过红热的炭即产生水煤气。C （s ）+H 2O （g ）垐?噲?H 2（g ） +

CO （g ） △H =+131.3kJ /mol ，△S =+133.7J /(mol ·K )，该反应在低温下_______（填“能”或“不能”）自发进行。

(2)已知在 400℃时，N 2（g ） + 3H 2（g ） 垐?噲? 2NH 3（g ）的 K =0．5

①在400℃时，2NH 3（g ）垐?噲? N 2（g ） + 3H 2（g ）的 K '=_________（填数值）。

②400℃时，在 0.5L 的反应容器中进行合成氨反应，一段时间后，测得 N 2、H 2、NH 3 的物质的量分别为 2mol 、1mol 、2mol ，则此时反应 v （N 2）正_____________ v （N 2）逆（填 “＞”、“＜”、“=”或“不能确定”）。

③已 知 H —H 键 键 能 为 436kJ /mol ， N —H 键 键 能 为 391kJ /mol ， N ≡N 键

键 能 为945.6kJ /mol ，则反应N 2（g ）+ 3H 2（g ）垐?噲?2NH 3（g ）的△H =

____________。若在恒温、恒压条件下，向平衡体系中通入氩气，则平衡_____________（填“向左”、 “向右”或“不”）移动；使用催化剂_____________（填“增大”、“减小”或“不改变”）反 应的△H 。

(3)在 25℃下，将 a mol /L 的氨水和 0.01mol /L 的盐酸等体积混合，反应平衡时溶液中

的 c （NH 4+）=c （Cl -），则溶液显__________（填“酸”、“碱”或“中”）性；用含 a 的代数式表示 NH 3?H 2O 电离常数 K b = ______________________________________。

【答案】不能 2 = 92.4kJ /mol - 向左 不改变 中 9

100.01

a -- 【解析】

【详解】

(1)() H

T S 131.3kJ /mol T 133.70.001kJ /mol K ?-?=+-??g ，在低温时该值大于0，所以不能在低温下自发进行，答案为：不能；

(2)N 2（g ） + 3H 2（g ）?2NH 3（g ）与2NH 3（g ）?N 2（g ） + 3H 2（g ）互为可逆反应，平衡常数互为倒数，K '=2；一段时间后，测得N 2、H 2、NH 3 的物质的量浓度分别为4

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