2025届高三化学一轮复习化学反应原理综合题特训

原理综合题特训 【说明】高考真正见到的原理综合题，是整本《化学反应原理》知识的综合考查。 考点涵盖了速率平衡、溶液平衡、电化学，甚至各类陌生限定条件等。本节精选了一些试题，总耗时 3节。如果觉得难度较大，就静下心来放慢速度硬啃，边啃边回顾学过的各类知识，回看自己考过的各类题目。熟练之后，解题速度才能够有质 的飞跃。 1．（2019 新课标Ⅰ）水煤气变换[CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)]是重要的化工过程，主要用于合成氨、制氢以及合成气加工等工业领域中。回答下列问题： （1）Shibata 曾做过下列实验： ①使纯 H2 缓慢地通过处于 721 ℃下的过量氧化钴 CoO(s)，氧化钴部分被还原为金属钴(Co)，平衡后气体中 H2 的物质的量分数为 0.0250。 ②在同一温度下用 CO 还原 CoO(s)，平衡后气体中 CO 的物质的量分数为 0.0192。根据上述实验结果判断，还原 CoO(s)为 Co(s)的倾向是 CO H2（填“大于”或“小于”）。 （2）721 ℃时，在密闭容器中将等物质的量的 CO(g)和 H2O(g)混合，采用适当的催化剂进行反应，则平衡时体系中 H2 的物质的量分数为 （填标号）。 A．＜0.25 B．0.25 C．0.25~0.50 D．0.50 E．＞0.50 （3） 我国学者结合实验与计算机模拟结果，研究了在金催化剂表面上水煤气变换的反应历程，如图所示，其中吸附在金催化剂表面上的物种用·标注。 可知水煤气变换的ΔH 0（填“大于”“等于”或“小于”），该历程中最大能垒（活化能）E 正= eV，写出该步骤的化学方程式 。 （4） Shoichi 研究了 467 ℃、489 ℃时水煤气变换中 CO 和 H2 分压随时间变化关系（如下图所示），催化剂为氧化铁，实验初始时体系中的H2O和 PCO 相等、CO2 和H2 相等。 计算曲线a 的反应在30~90 min 内的平均速率(a)= kPa·min−1。467 ℃时H2 和 PCO 随时间变化关系的曲线分别是 、 。489 ℃时H2 和 PCO 随时间变化关系的曲线分别是 、 。 2．（2023 甲卷）甲烷选择性氧化制备甲醇是一种原子利用率高的方法。 （1） 已知下列反应的热化学方程式： ①3O2(g) = 2O3(g) K1 ∆H1 = + 285 kJ•mol-1 ②2CH4(g) + O2(g) =2CH3OH(l) K2 ∆H2 =-329 kJ•mol-1 反应③CH4(g) + O3(g) = CH3OH(l) + O2(g) 的 ∆H3 = kJ•mol-1 ， 平衡常数 K3= （用 K1、K2 表示）。 （2） 电喷雾电离等方法得到的 M+（Fe+、Co+、Ni+等）与 O3 反应可到 MO+。MO+与 CH4 反应能高选择性地生成甲醇。分别在 300 K 和 310 K 下（其他反应条件相同）进行反应 MO+ + CH4= M+ + CH3OH，结果如下图所示。图中 300 K 的曲线是 （填“a”或“b”）。300K、60s 时 MO+的转化率为 （列出算式）。 （3） MO+分别与 CH4、CD4 反应，体系的能量随反应进程的变化如下图所示（两者历程相似，图中以 CH4 示例）。 （i） 步骤Ⅰ和Ⅱ中涉及氢原子成键变化的是 （填“Ⅰ”或“Ⅱ”）。 （ii） 直接参与化学键变化的元素被替换为更重的同位素时，反应速率会变慢，则 MO+ 与 CD4 反应的能量变化应为图中曲线 （填“c”或“d”）。 （iii） MO+与 CH2D2 反应，氘代甲醇的产量 CH2DOD CHD2OH（填“＞”或“＜”）。若 MO+与 CHD3 反应，生成的氘代甲醇有 种。 3．（2021 江苏）甲烷是重要的资源，通过下列过程可实现由甲烷到氢气的转化。 （1）500°C 时，CH4 与 H2O 重整主要发生下列反应： CH4(g)+ H2O(g)⇌CO(g)+ 3H2(g) CO(g)+ H2O(g)⇌H2(g)+ CO2(g) 已知 CaO(s)+ CO2(g) = CaCO3(s) ΔH= -178.8 kJ•mol-1。向重整反应体系中加入适量多孔 CaO，其优点是 。 （2） CH4 与 H2O 重整主要反应的热化学方程式为： 反应Ⅰ：CH4(g) + CO2(g)= 2CO(g) + 2H2(g) ΔH = +246.5 kJ•mol-1 反应Ⅱ：H2(g) + CO2(g)=CO(g) +H2O(g) ΔH = +41.2 kJ•mol-1 反应Ⅲ：2CO(g)=CO2(g) + C(s) ΔH = -172.5 kJ•mol-1 ①在 CH4 与 CO2 重整体系中通入适量 H2O(g)，可减少 C(s)的生成，反应 3CH4(g)+ CO2(g)+ 2H2O(g)=4CO(g)+ 8H2(g)的ΔH = 。 ②1.01 ×105 Pa 下，将 n 起始(CO2) ∶n 起始(CH4)=1∶1 的混合气体置于密闭容器中，不同温度下重整体系中 CH4 和 CO2 的平衡转化率如图甲所示。800°C 下 CO2 平衡转化率远大于 600°C 下 CO2 平衡转化率，其原因是 。 （3） 利用铜-铈氧化物（xCuO·yCeO2，Ce 是活泼金属）催化氧化可除去 H2 中少量 CO，催化氧化过程中 Cu、Ce 的化合价均发生变化，可能机理如图乙所示。 将 n(CO)∶n(O2)∶n(H2)∶n(N2)=1∶1∶49∶49 的混合气体，以一定流速通过装有 xCuO·yCeO2 催化剂的反应器，CO 的转化率随温度变化的曲线如图丙所示。 ①Ce 基态原子核外电子排布式为[Xe]4f15d16s2，图乙所示机理的步骤(i)中，元素 Cu、 Ce 化合价发生的变化为 。 ②当催化氧化温度超过 150°C 时，催化剂的催化活性下降，其可能原因是 。 4．（2023 浙江）“碳达峰·碳中和”是我国社会发展重大战略之一，CH4 还原 CO2 是实现“双碳”经济的有效途径之一，相关的主要反应有： Ⅰ：CH4(g)+CO2(g)⇌2CO(g)+2H2(g) ΔH1＝+247 kJ•mol﹣1 K1 Ⅱ：CO2(g)+H2(g)⇌CO(g)+H2O(g) 请回答： ΔH2＝+41 kJ•mol﹣1 K2 （1）有利于提高 CO2 平衡转化率的条件是 。 A．低温低压 B．低温高压 C．高温低压 D．高温高压 （2）反应 CH4(g)+3CO2(g)⇌4CO(g)+2H2O(g)的ΔH＝ kJ•mol﹣1， K＝ （用 K1，K2 表示）。 （3） 恒压、750℃时，CH4 和 CO2 按物质的量之比 1∶3 投料，反应经如下流程（主要产物已标出）可实现 CO2 高效转化。 ①下列说法正确的是 。 A. Fe3O4 可循环利用，CaO 不可循环利用 B. 过程 ii，CaO 吸收 CO2 可促使 Fe3O4 氧化 CO 的平衡正移 C. 过程 ii 产生的 H2O 最终未被 CaO 吸收，在过程 iii 被排出 D. 相比于反应 I，该流程的总反应还原 1 mol CO2 需吸收的能量更多 ②过程 ii 平衡后通入 He，测得一段时间内 CO 物质的量上升，根据过程 iii，结合平衡移动原理，解释 CO 物质的量上升的原因 。 （4） CH4 还原能力（R）可衡量 CO2 转化效率，R＝Δn(CO2)/Δn(CH4)（同一时段内 CO2 与 CH4 的物质的量变化量之比）。 ①常压下 CH4 和 CO2 按物质的量之比 1∶3 投料，某一时段内 CH4 和 CO2 的转化率随温度变化如图 1，请在图 2 中画出 400～1000℃间 R 的变化趋势，并标明 1000℃时 R值。 图 1 图 2 ②催化剂 X 可提高 R 值，另一时段内 CH4 转化率、R 值随温度变化如下表： 温度/℃ 480 500 520 550 CH4 转化率/% 7.9 11.5 20.2 34.8 R 2.6 2.4 2.1 1.8 下列说法不．正．确．的是 A．R 值提高是由于催化剂 X 选择性地提高反应Ⅱ的速率 B. 温度越低，含氢产物中 H2O 占比越高 C. 温度升高，CH4 转化率增加，CO2 转化率降低，R 值减小 D. 改变催化剂提高 CH4 转化率，R 值不一定增大 5．（2023 湖南）聚苯乙烯是一类重要的高分子材料，可通过苯乙烯聚合制得。 I. 苯乙烯的制备 （1） 已知下列反应的热化学方程式： ①C6H5C2H5(g) + O2(g)=8CO2(g) + 5H2O(g) ΔH1＝-4386.9 kJ•mol﹣1 ②C6H5CH＝CH2(g) + 10O2(g)=8CO2(g) + 4H2O(g) ΔH2＝-4263.1 kJ•mol﹣1 ③H2(g) +O2(g)=H2O(g) ΔH3＝-241.8 kJ•mol﹣1 计算反应④C6H5C2H5(g)⇌C6H3CH＝CH2(g)+H2(g)的ΔH4＝ kJ•mol﹣1； （2） 在某温度、100 kPa 下，向反应器中充入 1 mol 气态乙苯发生反应④，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 mol 水蒸气作为稀释气（计算时忽略副反应）； （3） 在 913 K、100 kPa 下，以水蒸气作稀释气、Fe2O3 作催化剂，乙苯除脱氢生成苯乙烯外，还会发生如下两个副反应： ⑤C6H5C2H5(g)⇌C6H6(g) + CH2＝CH2(g) ⑥C6H5C2H5(g) + H2(g)⇌C6H5CH3(g) + CH4(g) 以上反应体系中，芳香烃产物苯乙烯、苯和甲苯的选择性 S 随乙苯转化率的变化曲线 如图所示（S＝×100%），其中曲线 b 代表的产物 是 ，理由是 ； （4） 关于本反应体系中催化剂 Fe2O3 的描述错误的是 ； A. X 射线衍射技术可测定 Fe2O3 晶体结构 B. Fe2O3 可改变乙苯平衡转化率 C. Fe2O3 降低了乙苯脱氢反应的活化能 D. 改变 Fe2O3 颗粒大小不影响反应速率 II. 苯乙烯的聚合 苯乙烯聚合有多种方法，其中一种方法的关键步骤是某 Cu（Ⅰ）的配合物促进 · C6H5CH2X（引发剂，X 表示卤素）生成自由基 C6H5CH2，实现苯乙烯可控聚合。 （5） 引发剂 C6H5CH2Cl、C6H5CH2Br、C6H5CH2I 中活性最高的是 ； （6） 室温下，①Cu+在配体 L 的水溶液中形成[Cu(L)2]+，其反应平衡常数为 K； ②CuBr 在水中的溶度积常数为 Ksp。由此可知，CuBr 在配体 L 的水溶液中溶解反应的平衡常数为 （所有方程式中计量系数关系均为最简整数比）。 6．（2022 山东）利用γ﹣丁内酯（BL）制备 1,4﹣丁二醇（BD），反应过程中伴有生成四氢呋喃（THF）和 1﹣丁醇（BuOH）的副反应，涉及反应如图： 已知：①反应Ⅰ为快速平衡，可认为不受慢反应Ⅱ、Ⅲ的影响； ②因反应Ⅰ在高压 H2 氛围下进行，故 H2 压强近似等于总压。回答下列问题： （1） 以 5.0×10﹣3 mol BL 或 BD 为初始原料，在 493 K、3.0×103 kPa 的高压 H2 氛围下，分别在恒压容器中进行反应。达平衡时，以 BL 为原料，体系向环境放热 X kJ；以 BD 为原料，体系从环境吸热 Y kJ。忽略副反应热效应，反应Ⅰ焓变ΔH（493 K， 3.0×103 kPa）＝ kJ•mol﹣1。 （2） 初始条件同上。xi 表示某物种 i 的物质的量与除 H2 外其他各物种总物质的量之比，xBL 和 xBD 随时间 t 变化关系如图甲所示。实验测得 X＜Y，则图中表示 xBL 变化的曲线是 ；反应Ⅰ平衡常数 Kp＝ kPa﹣2（保留两位有效数字）。以 BL为原料时，t1 时刻 xH2O ＝ ，BD 产率＝ （保留两位有效数字）。 （3）(xBD/xBL)max 为达平衡时 xBD 与 xBL 的比值。(493 K，2.5×103 kPa)、(493 K，3.5 ×103 kPa)、(513 K，2.5×103 kPa)三种条件下，以 5.0×10﹣3 mol BL 为初始原料，在相同体积的刚性容器中发生反应， 随时间 t 变化关系如图乙所示。因反应在高压 H2 氛围下进行，可忽略压强对反应速率的影响。曲线 a、b、c 中，(xBD/xBL)max最大的是 （填代号）；与曲线 b 相比，曲线 c 达到 ＝1.0 所需时间更长，原因是 。 7．（2023 山东）一定条件下，水气变换反应CO+H2O⇌CO2+H2 的中间产物是HCOOH。为探究该反应过程，研究 HCOOH 水溶液在密封石英管中的分子反应： Ⅰ. HCOOH⇌CO+H2O（快） Ⅱ. HCOOH⇌CO2+H2（慢） 研究发现，在反应Ⅰ、Ⅱ中，H+仅对反应Ⅰ有催加速作用；反应Ⅰ速率远大于反应Ⅱ，近似认为反应Ⅰ建立平衡后始终处于平衡状态。忽略水电离，其浓度视为常数。 回答下列问题： （1） 一定条件下，反应Ⅰ，Ⅱ的焓变分别为ΔH1、ΔH2，则该条件下水气变换反应的焓变ΔH＝ （用含ΔH1、ΔH2 的代数式表示）。 （2） 反应Ⅰ正反应速率方程为 v＝kc(H+)•c(HCOOH)，k 为反应速率常数。T1 温度下， HCOOH 电离平衡常数为 Ka，当 HCOOH 平衡浓度为 x mol•L﹣1 时，H+浓度为 mol•L﹣1，此时反应Ⅰ正反应速率 v＝ mol•L﹣1•h﹣1（用含 Ka、x 和 k 的代数式表示）。 （3） T3 温度下，在密封石英管内完全充满 1.0 mol•L﹣1 HCOOH 水溶液，使 HCOOH分解，分解产物均完全溶于水。含碳物种浓度与反应时间的变化关系如图所示（忽略碳元素的其他存在形式）。t1 时刻测得 CO、CO2 的浓度分别为 0.70 mol•L﹣1、0.16 mol•L﹣1，反应Ⅱ达平衡时，测得 H2 的浓度为 y mol•L﹣1。体系达平衡后= （用含 y 的代数式表示，下同），反应Ⅱ的平衡常数为 。 相同条件下，若反应起始时溶液中同时还含有 0.10 mol•L﹣1 盐酸，则图示点 a、b、c、 d 中，CO 的浓度峰值点可能是 （填标号）。与不同盐酸相比，CO 达浓度峰值时， ( ， )CO2 浓度 （填“增大”“减小”或“不变”） 的反应 （填 “增大”“减小”或“不变”）。 8．（2023 温州三模）某些有机物在氧载体 Fe2O3 的作用下部分氧化，反应混合气可制备合成气（CO、H2）。反应体系中主要反应有： 反应ⅰ：CO(g)+3H2(g) ⇌CH4(g)+H2O(g) ΔH1＝-205.9 kJ•mol﹣1反应ⅱ：CO2(g)+4H2(g)⇌CH4(g)+2H2O(g) ΔH2＝-164.7 kJ•mol﹣1反应ⅲ：CH4(g)+CO2(g) ⇌2CO(g)+2H2(g) ΔH3＝+247.1 kJ•mol﹣1反应ⅳ：CO2(g)+H2(g)⇌CO(g)+H2O(g) ΔH4 请回答： （1）H 表示 25℃，101 kPa 下的焓。则 H(CO2)+H(H2) H(H2O)+H(CO)（填 “大于”“小于”或“等于”）。 （2） ①反应ⅲ的平衡常数 Kx(ⅲ)＝ [x(B)表示组分 B 平衡时的摩尔分数]。其他条件不变，会导致反应ⅲKx 减小的条件是 。 A．升温 B．降温 C．加压 D．减压 E．恒容容器中再通入一定量 H2(g) ②T℃下，测定上述所有反应达平衡时的体系中，反应 iv 的平衡常数 Kx(iv)＝1.00， x(CO2)＝x(H2O)、x(H2)＝a、x(CH4)＝b，忽略其他反应。则反应ⅲ的平衡常数 Kx(iii) ＝ （用含 a、b 的最简式子表示）。 （3） 恒压，多组分混合气体的平衡体系中，气体组分的摩尔分数与温度的关系如图所示，用虚线划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个平衡区域，可推断出合成气的最佳形成条件。 ①下列说法正确的是 。 A. 平衡区域Ⅰ显示，CO2 被还原的反应为放热反应 B. 平衡区域Ⅰ，CH4 的摩尔分数基本不变，可能的原因是反应 iii 的活化能大，反应不发生 C. 平衡区域Ⅱ，H2O 的摩尔分数先增大的可能原因是反应 iv 受温度的影响程度大于反应 i、ii D. 平衡区域Ⅰ与平衡区域Ⅱ，CO2 参与了不同的反应 ②平衡区域Ⅲ，基于上述的主要反应，趋近于 1 的可能原因是： 。 ( 物质 CH 4 CO 2 CO Δ f H m （ kJ • mol ﹣ ） θ 1 ﹣ 74.8 ﹣ 393.5 ﹣ 110.5 ) （4） 通过测定固体中 ，可判断氧载体 Fe2O3 参与有机物氧化的主要反应及原理。 ( 温度 / ℃ 200 400 600 1000 6.25 3.26 2.58 ∞ )证据显示，氧载体 Fe2O3 参与反应后的铁氧固体混合物中只存在 FeO 一种氧化物，相关数据如下表。 依据表格中的数据，在图中画出 200～1000℃之间的 FeO 的摩尔分数（%）变化趋势，并标注起点值 。 9．（2023 重庆南开中学第八次质检）绿色能源的开发利用是未来能源发展的重要方向，也是实现“碳中和”目标的重要举措。CH4 与 CO2 催化重整是实现碳中和的热点研究课题。1991 年，Ashcroft 提出了甲烷二氧化碳重整的技术理论：气体分子吸附至催化剂表面后发生反应。500℃时，反应原理如下： 反应Ⅰ．主反应：CH4(g)+CO2(g) ⇌2CO(g)+2H2(g) ΔH1 Kpl 反应Ⅱ．副反应：CO2(g)+H2(g)⇌CO(g)+H2O(g) ΔH2＝+41.0 kJ•mol﹣1 反应Ⅲ．积碳反应：2CO(g)⇌CO2(g)+C(s)反应Ⅳ．积碳反应：CH4(g)⇌C(s)+2H2(g) 其中，副反应Ⅲ、Ⅳ形成的积碳易导致催化剂失去活性。 （1） 在原料气中添加微量 O2 有利于保持催化剂的活性，其原因是 。 （2） ΔfHmθ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 mol该物质的焓变。对于稳定相态单质，其ΔfHmθ为零。根据上述信息及下表所给数据，计算反应Ⅰ的反应热ΔH1＝ 。 （3） 在恒温恒容密闭容器中，通入一定量的 CH4、CO2 发生催化重整反应（假定只发 生主反应Ⅰ）。当投料比＝1.0 时，CO2 的平衡转化率（α）与温度（T）、初 始压强（p）的关系如图所示。由图可知：压强 p1 2 MPa（填“＞”“＜”或 “＝”）；当温度为 T3、初始压强为 2 MPa 时，a 点的 v 正 v 逆（填“＞”“＜”或“＝”）。起始时向 1 L 恒容容器中加入 2 mol CH4 和 2 mol CO2，在温度为 T0、初始压强为 2 MPa 条件下反应，用压强表示该反应的平衡常数：Kp＝ （分压＝总压×物质的量分数）。 （4） 用电化学方法还原CO2 将其转化为其他化学产品可以实现对 CO2 的综合利用。如图 1 是在酸性条件下电化学还原 CO2 的装置示意图： 图 1 图 2 已知：法拉第效率（FE）的定义：FE(B)＝ ×100%。控 制 pH＝1、电解液中存在 KCl 时，电化学还原 CO2 过程中 CH4（其他含碳产物未标出）和 H2 的法拉第效率变化如图所示。 ①写出阴极产生 CH4 的电极反应： 。 ②结合图 2 的变化规律，推测 KCl 可能的作用是 。 ③c(KCl)＝3 mol/L 时，22.4 L（已折合为标准状况，下同）的 CO2 被完全吸收并还原 为 CH4 和 C2H4，分离 H2 后，将 CH4 和 C2H4 混合气体通入如图所示装置（反应完全），出口处收集到气体 8.96 L（不考虑水蒸气），则 FE(C2H4)＝ 。 10．（2023 河北模拟）铝系金属复合材料能有效还原去除水体中的硝酸盐污染。铝粉表面复合金属的组分和含量，会影响硝酸盐的去除效果。 （1） 在相同实验条件下，分别使用纯铝粉和 Cu 负载量为 3%、4%、5%的 Al/Cu 二元金属复合材料对硝酸盐的去除效果如图所示。 ①由如图可知用 Al/Cu 二元金属复合材料去除水体中硝酸盐效果明显优于铝粉，可能原因是 。 ②实验发现 Al/Cu 二元金属复合材料中 Cu 负载量过高也不利于硝酸盐的去除，可能原因是 。 （2） 在 Al/Cu 二元金属复合材料基础上引入 Pd 形成三元金属复合材料，其去除水体中硝酸盐的机理如图所示。 ①使用 Al/Cu 二元金属复合材料，可将水体中硝酸盐转化为铵盐，该转化的机理可描述为： H+吸附在 Cu 表面并得电子生成强还原性的吸附氢 H(ads)， ， NH3 与 H+结合为 NH4+进入溶液。 ②引入 Pd 的 Al/Cu/Pd 三元金属复合材料，硝酸盐转化为 N2 选择性明显提高，可能原因是 。 ③其他条件相同时，Al/Cu/Pd 三元金属复合材料去除水体中硝酸盐的效果与溶液 pH关系如图所示。水体 pH 在 4 至 6 范围内，随 pH 增大硝酸盐去除率降低的可能原因是 ；水体 pH 在 8.5 至 10 范围内，随 pH 增大硝酸盐去除率升高的可能原因是 。 11．（2023 南通海安高中模拟）CH4 与 CO2 的干法重整（DRM）反应可同时转化温室气体并生成 CO 和 H2，对实现“碳中和”具有重要意义。 （1） CH4、H2、CO 的燃烧热分别为-890.3 kJ•mol﹣1、-285.8 kJ•mol﹣1、-283 kJ•mol﹣1，则 CH4(g)+CO2(g)⇌2CO(g)+2H2(g)的ΔH= 。 （2） 研究表明 Pt12Ni、Sn12Ni、Cu12Ni 三种双金属合金团簇可用于催化 DRM 反应，在催化剂表面涉及多个基元反应，其反应机理如图，过程 1-甲烷逐步脱氢；过程 2-CO2的活化（包括直接活化和氢诱导活化）；过程 3-C*和 CH*的氧化；过程 4-扩散吸附反应（吸附在催化剂表面上的物种用*标注）。 ①CO2 的氢诱导活化反应方程式为 。 ②过程 1-甲烷逐步脱氢过程的能量变化如图（TS1、TS2、TS3、TS4 均表示过渡态）。 Sn12Ni 双金属合金团簇具有良好的抗积碳作用，能有效抑制积碳对催化剂造成的不良影响，其原因为 。 Ni （3） DRM 反应的积碳过程与两个反应存在关系：①CH4(g)→C(s)+2H2(g) ΔH＞0 ②2CO(g)⇌C(s)+CO2(g) ΔH＜0。研究发现，在常规的 Ni 催化剂中添加 MgO，使其在催化剂表面与 Ni 形成共熔物；或提高原料气中 CO2 的占比，也能有效抑制积碳的产生，试解释其原因 。 （4） 一种甲烷干重整光催化剂（Rh/CexWO3）的光诱导机理如图（Vo 表示氧空位）， 在光照条件下，Rh/CexWO3 产生电子(e-)和空穴(h+)，电子在 Ce 与 W 之间转移，实现氧化还原循环，提高甲烷干重整反应活性，其反应机理可描述为 。 （5） 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，其原理如图所示，若生成的乙烯和乙烷的物质的量之比为 1∶1，则阳极的电极反应式为 。 ( 3 )12、（2023 北师大实验中学模拟）用零价铁（Fe）去除水体中的硝酸盐（NO -）已成为环境修复研究的热点之一。 （1） Fe 还原水体中 NO3－的反应原理如图所示。 ①作负极的物质是 。 ②正极的电极反应式是 。 （2） 将足量铁粉投入水体中，经 24 小时测定 NO3-的去除率和 pH，结果如下： 初始 pH pH=2.5 pH=4.5 － NO3 的去除率 接近 100% ＜50% 24 小时 pH 接近中性 接近中性 铁的最终物质形态 pH=4.5 时，NO3－的去除率低。其原因是 。 （3） 实验发现：在初始 pH=4.5 的水体中投入足量铁粉的同时，补充一定量的 Fe2+可以明显提高 NO3-的去除率。对 Fe2+的作用提出两种假设： I. Fe2+直接还原 NO3-； II. Fe2+破坏 FeO(OH)氧化层。 ①做对比实验，结果如右图所示，可得到的结论是 。 ②同位素示踪法证实 Fe2+能与 FeO(OH)反应生成 Fe3O4。结合该反应的离子方程式，解释加入 Fe2+提高 NO3-去除率的原因： 。 pH =4.5（其他条件相同） （4） 其他条件与（2）相同，经 1 小时测定 NO3－的去除率和 pH，结果如下： 初始 pH pH=2.5 pH=4.5 - NO3 的去除率 约 10% 约 3% 1 小时 pH 接近中性 接近中性 与（2）中数据对比，解释（2）中初始 pH 不同时，NO3－去除率和铁的最终物质形态不同的原因： 。 13．（2023 江苏盐城中学二模）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） 减少碳排放的方法有很多，CO2 转化成有机化合物可有效实现碳循环，如下反应： a. b. c. 上述反应中原子利用率最高的是 （填编号）。 （2） CO2 在固体催化表面加氢合成甲烷过程中发生以下两个反应： 主反应：CO2(g)+4H2(g)⇌CH4(g)+2H2O(g) ΔH1＝-156.9 kJ•mol﹣1副反应：CO2(g)+H2(g)⇌CO(g)+H2O(g) ΔH2＝+41.1 kJ•mol﹣1 已知：2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) ΔH3＝-395.6 kJ•mol﹣1， 则 CH4 燃烧的热化学方程式 CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) ΔH＝ 。 （3） 利用电化学方法通过微生物电催化将 CO2 有效地转化为 H2C2O4，装置如图 1 所示。阴极区电极反应式为 ； 当体系的温度升高到一定程度，电极反应的速率反而迅速下降，其主要原因是 。 （4） 研究脱除烟气中的 NO 是环境保护、促进社会可持续发展的重要课题。有氧条件下，在 Fe 基催化剂表面，NH3 还原 NO 的反应机理如图 2 所示，该过程可描述为 。 （5） 近年来，低温等离子技术是在高压放电下，O2 产生 O*自由基，O*自由基将 NO氧化为 NO2 后，再用 Na2CO3 溶液吸收，达到消除 NO 的目的。实验室将模拟气（N2、 O2、NO）以一定流速通入低温等离子体装置，实验装置如图 3 所示。 ①等离子体技术在低温条件下可提高NO 的转化率，原因是 。 ②其他条件相同，等离子体的电功率与 NO 的转化率关系如图 4 所示，当电功率大于 30 W 时，NO 转化率下降的原因可能是 。 14．（2023 绍兴二模）NOx、CO 都是常见的空气污染物，研究它们的处理方法对环境保护有重要的意义。 （1） 用催化剂将 NO 和 CO 转化为 N2 和 CO2 是处理尾气的重要方式之一。在 298 K， 101 kPa 时，相关反应如下： Ⅰ：2NO(g)+2CO(g)⇌2CO2(g)+N2(g) ΔH1＝-751 kJ·mol-1，ΔS＝-197.5 J·mol -1K-1 Ⅱ：4NO(g)⇌N2O(g)+O2(g) Ⅲ：2CO(g)+O2(g)⇌2CO2(g) 请回答： ①反应Ⅰ在 298 K 时能否自发进行 （填“能”或者“否”）。 ②目前汽车排气管内部装有三元催化器，尾气中反应物或生成物浓度随温度变化如图 1、图 2 所示。 请选择使用三元催化剂的最佳温度 ，并说明理由 。 ③为探究温度对催化剂催化效果的影响，将固定比例 NO、CO 混合气体，以一定流速通过三元催化剂排气管，相同时间内测量尾气中 NO 的含量，得到脱氮率随温度变化如图 3 所示，已知图中 BC 段为平衡状态，且平衡脱氮率为(m－n×10－4)T2， 100℃≤T≤1000℃，m、n 为常数。下列说法不正确的是 。 图 3 A．平衡脱氮率(m－n×10－4)T2 表达式中：m=0.69，n=2.5×10-3 B．CD 段处于平衡状态，因反应Ⅰ正向放热，升温平衡逆向移动，故脱氮率降低 C．D 点平衡脱氮率为 44% D．BA 段因温度下降，催化剂活性降低，故平衡脱氮率下降 （2） 工业上也可用 CH4 在催化剂作用下还原 NO 消除污染，其反应为 CH4(g)+4NO(g)⇌2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH＜0。相同时间测得 NO 的转化率随反应温度变化的情况如图所示。请在图中画出其他条件不变，增大压强（催化剂未失 活）情况下，NO 的转化率随温度变化的图像。 （3） 一种焦炭催化 CO 还原 NO 反应的历程如下，请补充完整相关基元反应（“*”表示吸附态）： A．NO⇌NO* B．2NO*⇌ON-NO* C． D．ON－NO－CO*ON－N*＋CO2 E． 学科网（北京）股份有限公司 $$政哥化学 2024 届二轮复习课程 第 258 页 共 262 页 【参考答案】 1、 （1）②大于 （2）C （3）小于； 2.02； COOH·+H·+H2O·=COOH·+2H·+OH·或 H2O·=H·+OH· （4）0.0047；b；c；a；d 2、 （1）－307； �2 �1 （2）b； (1－10－0.1)×100% （3）（i）Ⅰ （ii）c （iii）＜；2 3、 （1）吸收 CO2，提高 H2 的产率，提供热量 （2）①+657.1 kJ•mol-1 ②反应Ⅰ和反应Ⅱ的ΔH＞0，高温下反应的平衡常数大（反应正向进行程度 大），CO2 的消耗量大，反应Ⅲ的ΔH＜0，高温下反应的平衡常数小（反应 正向进行程度小），CO2的生成量小 （3）①铜的化合价由+2 变为+1 价，铈的化合价由+4 价变为+3 价 ②高温下，Cu(+2 价)或 Cu(+1 价)被 H2 还原为金属 Cu 4、 （1）C （2）+329； K1·�22 （3）①BC ②通入 He，CaCO3 分解平衡正移，导致 �(CO2) �(CO) 增大，促进 Fe 还 原 CO2平衡正移 （4）① ②C 政哥化学 2024 届二轮复习课程 第 259 页 共 262 页 5、 （1）+118 （2）5 （3）甲苯 横坐标代表单位时间内的转化率，随反应的进行，主反应选择性下降时， 副反应选择性增大，故 b、c对应两个副反应。主反应④产生的 H2为反应⑥的原 料，促使反应正向移动的程度大于体系被水蒸气稀释，促使反应⑤正向移动的程 度，导致甲苯的选择性高于苯（主反应的影响为主要因素） （4）BD （5）C6H5CH2Br （6）K∙Ksp 6、 （1）－200（X+Y） （2）a、c； 8.3×10-8； 0.08； 39% （3）c； b、c代表的温度相同，增大压强，反应Ⅱ、Ⅲ逆向移动，xBD增大，(�BD/�BL)max 增大，因反应速率不受压强影响，故达到平衡状态的时间延长，即达到 �BD/�BL (�BD/�BL)max ＝1.0所需时间更长 7、 （1）ΔH2－ΔH1 （2） aK x ； akx K x （3） 5 5 6 y y  ； 26 1 y y ； a； 减小； 不变 8、 （1）小于 （2）①BCE ② 2� 4 �×(1−2�−�) （3）①CD ②反应ⅲ为吸热反应，温度较高，主要发生反应ⅲ，正向反应程度最大，使 �(H2) �(CO) 趋近于 1 政哥化学 2024 届二轮复习课程 第 260 页 共 262 页 （4） 9、 （1）微量 O2可以降低积碳 （2）+247.3 kJ•mol﹣1 （3）＜； ＜； 4 （4）①CO2+8H++8e—=CH4+2H2O ②KCl的存在有利于 CO2还原成 CH4，不利于生成 H2（或 KCl的浓度大于 1mol/L 时，KCl抑制了阴极产生 H2，提高了 CO2电化学还原生成 CH4的选择性）； ③22.5%。 10、 （1）①Cu能催化铝粉去除硝酸盐的反应（或形成 Al-Cu原电池，增大铝粉去除硝酸 盐的反应速率） ②因为过多的 Cu 原子覆盖于二元金属表面，减少了表面 Al 原子数，从而减少 Al 与水体中硝酸盐的接触机会，使硝酸盐去除效果减弱 （2）①吸附氢 H(ads)与同样吸附于 Cu表面的 NO3-(ads)反应生成 NO2-(ads)， NO2-(ads) 脱离 Cu表面被释放到溶液中，溶液中 NO2-(ads)转移并吸附在 A1表面 被还原为 NH3 (ads) ②由图可知 Cu表面吸附的 H(ads)不能将 NO2-(ads)转化为 N2，而 Pd表面吸附的 H (ads)可实现上述转化。Cu表面生成的 NO2-(ads) 可转移并吸附在 Pd表面，被 Pd 表面的 H(ads)进一步还原为 N2 ③pH在 4~6范围内，随 pH增大，溶液中氢离子浓度减小，催化剂表面产生的 H (ads)减少，使硝酸盐去除率降低； pH在 8.5～10范围内，随着 pH增大，OH- 浓度增大，促进铝表面氧化铝的溶解，同时铝与 OH-反应产生的 H 原子能还原 NO3-，使硝酸盐的去除率升高 政哥化学 2024 届二轮复习课程 第 261 页 共 262 页 11、 （1）+247.3kJ/mol （2）①CO2*+H*=CO*+OH* ②积炭反应为最后一步，三种催化剂中 Sn12Ni所需 活化能最大，反应不易发生，故产生积炭较少 （3）MgO在 Ni催化剂表面形成共熔物，减小了 Ni催化剂的表面积，减慢了反应① 的速率；增大 CO2浓度可以促使反应②平衡左移 （4）光照时，光催化剂产生电子(e－)和空穴(h+)，空穴(h+)和 Rh附近的氧原子与吸附 在 Rh上的—CH3生成 CO和 H2，e－从 Ce原子转移到W，进而转移到吸附在氧空 位的 CO2分子上，CO2获得电子后生成 CO并在氧空位留下 O原子，O原子再迁 移到新的氧空位上，从而形成氧化还原循环 （5）4CH4+3O2--6e－=C2H4+C2H6+3H2O 12、 （1）①铁 ② NO3－+8e－+10H+=NH4++3H2O （2）FeO(OH)不导电，阻碍电子转移 （3）①本实验条件下，Fe2+不能直接还原 NO3-，在 Fe和 Fe2+共同作用下能提高 NO3- 的去除率 ②Fe2++2FeO(OH)=Fe3O4+2H+，Fe2+将不导电的 FeO(OH)转化为可导电的 Fe3O4，利于电子的转移。 （4）初始 pH低时，产生的 Fe2+充足；初始 pH高时，产生的 Fe2+不足 13、 （1）b （2）－634.3 kJ·mol-1 （3）2CO2+2e－+2H+ = H2C2O4；温度过高微生物催化能力降低或催化剂失活 （4）在 Fe基催化剂表面，NH3吸附在酸性配位点上形成 NH4+，NO与 O2吸附在 Fe3+ 配位点上形成 NO2，然后 NH4+与 NO2结合生成 NO2(NH4+)2，最后 NO2(NH4+)2与 NO反应生成 N2、H2O，并从催化剂表面逸出 （5）①NO与 O2反应生成 NO2是放热反应，低温时有利于反应的正向进行 ②功率增大时，会产生更多的 O*自由基，NO更易被氧化为 NO2。功率增大，N2 和 O2在放电时会生成 NO。相比而言，后者产生的 NO更多 政哥化学 2024 届二轮复习课程 第 262 页 共 262 页 14、 （1） ① 能 ②400℃左右 此时反应物 CO和 NO浓度较低，副产物 N2O浓度很 低，CO2和 N2浓度较高。(或 400℃左右时，以主反应生成 CO2和 N2为主，抑制 了副反应 N2O的生成) ③ BD （2） （3） ON－NO*＋CO⇌ON－NO－CO* ； ON－N*＋CO⇌ N2＋CO2