猜押05 化学反应原理应用（上海专用）-2025年高考化学冲刺抢押秘籍

猜押05 化学反应原理应用 上海高考化学等级性考试中采用新题型，全部以综合情境题的形式呈现，整卷约包含5个大综合情境，其中化学反应原理综合题是高考必考题型，常与生产、生活、科技等紧密联系的物质为背景材料，把热化学、电化学及四大平衡知识融合在一起命制，题目设问较多，涉及内容也较多，多数题目含有图像或图表，力求应用反应原理解决生产实际中的具体问题，体现了变化观念与平衡思想的核心素养。 押题一 治理汽车尾气 Ⅰ.NO和CO均为汽车尾气的成分，在催化转换器中可发生反应：2CO(g)＋2NO(g)2CO2(g)＋N2(g)； (1)已知该反应为自发反应，则该反应的反应热ΔH___________0。 A项，大于 B项，小于 C项，等于 (2)已知：N2(g)+O2(g)=2NO(g) ΔH=akJ·mol-1 C(s)+O2(g)=CO2(g) ΔH=bkJ·mol-1 2C(s)+O2(g)=2CO(g) ΔH=ckJ·mol-1 则反应2CO(g)＋2NO(g)2CO2(g)＋N2(g) ΔH=___________(用含a、b、c的表达式表示)。 (3)一定温度下，将2molCO、4molNO充入2L密闭容器。5min到达平衡，测得N2的物质的量为0.5mol，则5min内v(NO)=___________。计算该反应的平衡常数的数值________(保留两位小数)。(本题需要写出计算过程) (4)该条件下，可判断此反应到达平衡的标志是___________。 A．单位时间内消耗2molCO同时生成1molN2 B．混合气体的平均相对分子质量不再改变 C．混合气体的密度不再改变 D．CO与NO的转化率比值不再改变 Ⅱ.某研究小组探究催化剂I、Ⅱ对CO、NO转化的影响。将CO和NO以一定的流速通过两种不同的催化剂进行反应，相同时间内测量逸出气体中N2的含量，从而确定尾气脱氮率(即NO的转化率)，结果如图所示： (5)由图可知：要达到最大脱氮率，该反应应采取的最佳实验条件为___________。 (6)温度低于200℃时，图中曲线I脱氮率随温度升高变化不大的主要原因是___________。 押题二 甲醇燃料电池 将CO2催化加氢不仅有利于实现“双碳”目标，还能制取重要的化工原料和优良的替代燃料——甲醇。 1．上述过程涉及的主要反应有： 反应I．CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1 反应Ⅱ．CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH2>0 反应IⅡ．CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) ΔH3 (1)已知几种化学键的键能数据如下表所示，则ΔH1=_______ kJ·mol−1。 化学键 H-H C=O O-H C-H C-O 键能(kJ·mol−1) 436 803 464 414 326 (2)在_______条件下有利于反应I的自发进行。 A．高温 B．低温 C．任何温度 (3)一定温度下，向恒容密闭容器中按初始进料比n(CO2)：n(H2)=1：3投入反应物 ①若只发生反应I．下列能说明该反应达到平衡状态的是_______。 A．容器内气体的压强不再发生改变 B．混合气体的平均摩尔质量不再发生改变 C．n(CH3OH) ： n(H2O)不再发生改变 D．反应的ΔH不再变化 ②若只发生反应I和II。在不同温度下达到平衡，体系中CH3OH、CO的选择性(如：CH3OH的选择性)和CO2的平衡转化率与温度的关系如图所示。 图中表示CH3OH选择性变化的曲线是_______，其原因是_______。 A项，a B项，b C项，c (4)一定温度下，在体积为VL的恒容密闭容器中通入1 molCO2和3molH2发生上述三个反应。达到平衡时，容器中CH3OH(g)的物质的量为amol，CO(g)的物质的量为b mol，反应Ⅱ的平衡常数表达式为_______。(用含a、b的代数式表示)。 2．甲醇燃料电池是目前开发最成功的燃料电池之一，这种燃料电池由甲醇、氧气、KOH溶液(电解质溶液)构成。甲醇碱性燃料电池工作原理如图所示。 (1)氧气的进气口为_______。 A．a职 B．b C．c D．d (2)X电极上的电极反应式为_______。此电池工作过程中，理论上每消耗16gCH3OH转移_______mol电子。 (3)此燃料电池工作一段时间后，电解质溶液的碱性_______。 A项，增强 B项，减弱 C项，不变 押题三 亚硫酰氯的制备 亚硫酰氯(SOCl2)和硫酰氯(SO2Cl2)均是重要的化工原料。以：SO2、Cl2、SCl2为原料可以制备亚硫酰氯，所涉及的反应如下： 反应I：SO2(g)＋Cl 2(g)SO2Cl2(g) ΔH1＝-471.7kJ·mol−1 K1 反应II：SO2Cl2(g) +SCl 2(g)2SOCl2(g) ΔH2＝-5.6kJ·mol−1 K2 (1)反应SO2(g)＋Cl 2(g)2SOCl2(g)正向在_______下能自发进行。 A.高温 B.低温 C.任何温度 (2)在密闭反应器中充入1molSO2和2.6 molCl2发生反应I，测得体系内SO2平衡转化率与温度、压强关系如下图所示。正反应速率：v正(b)_______v正(d)。 A.< B.> C.= (3)在、和点中，对应平衡常数Ka、Kc和Kp由大到小的顺序为_______。Q点SO2Cl2的分压为_______(分压=总压×物质的量分数)。 (4)在一定温度和120 kPa恒压下，向密闭容器中充入一定量SO2Cl2(g)和N2(g) (不参与反应)发生反应I的逆反应。SO2Cl2(g)的平衡转化率随着通入混合气体中SO2Cl2(g)的物质的量分数增大而减小，其原因是_______。 (5)T℃℃时，在SL恒容密闭容器中，充入SO2(g)、Cl 2(g)和SCl 2(g)各0.5mol，反应10min后达到平衡，测得SCl 2(g)的转化率为20%，此时氧气为起始的0.8倍，0~10min内，用SCl 2(g)表示的反应速率为_______，K2=_______。 (6)中国科学家将I2分子引入电解质中制作高功率可充电Li-SO2Cl2电池，电池正极中，I2调整充电和放电反应的途径如图所示。电池正极的电极反应式为_______。 押题四 CH4和H2S重整制氢 石油开采的天然气含有H2S。综合利用天然气制氢是实现“碳中和”的重要途径。 1．CH4和H2S重整制氢的主要反应如下： 反应Ⅰ：CH4(g)＋2H2S(g)CS2(g)＋4H2(g) ΔH1＝260kJ·mol−1 反应Ⅱ：CH4(g)CC(s)＋2H2(g) ΔH2＝901kJ·mol−1 反应Ⅲ：2H2S(g)S2(g)＋2H2(g) ΔH3＝181kJ·mol−1 (1) H2S分子的电子式为___________。 (2)C、H、S电负性由小到大的顺序为___________。 (3)反应Ⅰ中的极性分子的是___________(不定项)。 A．CH4 B．H2S C．CS2 D．H2 (4)反应Ⅳ：CS2(g)S2(g)+C(s) ΔH4＝___________ kJ/mol。 (5)保持反应器进料口的气体总压强不变，分别以物质的量之比CH4∶H2S∶He=1∶3∶6与CH4：H2S=1：3(不通入)进料。CH4平衡转化率与温度的关系如图1，含有的曲线为___________，理由是___________。 2．假设在的恒温刚性容器中，通入0.3 molCH4和0.15 molH2S发生反应Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ，起始总压为P0。CH4和H2S的转化率与时间的关系如图2： (1)0～5min内H2的化学反应速率为___________mol/(L•min)； (2) 5min时，容器内总压为___________。 (3)与传统天然气制氢中需要脱硫将H2S转化为硫黄和水相比，上述方法优点是___________。 押题五 乙醇的生产 乙醇是重要的化工原料，乙醇的生产体现化学科学与技术的不断进步。请回答下列问题。 Ⅰ．以煤为原料生产乙醇 乙酸甲酯(CH3COOCH3)生成乙醇的反应如下： CH3COOCH3(g)＋2H2(g)CH3CH2OH(g)＋CH3OH(g) ΔH1＜0 (1)能提高乙酸甲酯平衡转化率的条件有(不定项) 。 A．升温 B．降温 C．加压 D．减压 (2)当温度为185℃时，存在副反应： CH3COOCH3＋CH3CH2OH(g) CH3COOCH2CH3(g)＋X。X结构式为 。 Ⅱ．以CO2为原料生产乙醇 (3)制备铜基催化剂：在单质Cu纳米颗粒中加入单质S，反应后形成铜基催化剂。单质Cu与单质S反应的化学方程式是 。 (4)电催化还原CO2。将上一步骤制备的催化剂装载在阴极上，以0.1mol·L-1KHCO3为电解质溶液，阴极得到CH3CH2OH。则阴极反应式为(请补充完整)： 2CO2+_______= CH3CH2OH +_______。 (5)在上述条件下，2H＋＋2e-=H2↑的副反应能被明显抑制，分析原因： ⅰ．相比于H+的还原反应，该催化剂对CO2的还原反应具有较高的选择性； ⅱ． (请补充完整)。 研究CO2在阴极被还原为不同产物的途径，结果如图(部分微粒略)。 (6)下列说法或推测合理的是 。 A．CO2性质稳定，活化CO2是催化剂的重要性能 B．途径Ⅰ的含碳产物还可能有HCHO、CH4等 C．按途径Ⅱ(不考虑途径Ⅰ)，1mol CO2转化为CH3CH2OH，同时生成2molH2O (7)铜基催化剂吸附CO2密度大且能明显降低断键的活化能，则铜基催化剂对 有较高的选择性。 A．甲醇 B．乙醇 押题六 合成氨工艺 1．20世纪初，哈伯和博施开发了以N2和H2为原料合成氨工艺，目前该工艺仍在广泛使用。 (1)基态氮原子中电子占据最高能级的电子云轮廓图为 形，基态N原子的轨道表示式为 。 (2)关于哈伯和博施法工业合成氨的说法错误的是__________。 A．反应温度为500℃主要因为该温度是催化剂的活性温度 B．合成氨工业中利用了热交换器，实现绿色低碳化 C．理论上通过该反应、可以判断该反应可以自发进行 D．将气态氨变成液氨后及时从平衡混合物中分离出去，可以提高平衡转化率 (3)关于(NH3说法正确的是__________。 A．(NH3遇到HCl产生白烟 B．可用NH4Cl受热分解可制得(NH3 C．(NH3可用湿润的蓝色石蕊试纸检验 D．(NH3是氮元素唯一的氢化物 2．治理硝酸盐污染方法之一可以采用常温常压电化学合成氨的方法。碱性条件下NO3-还原为(NH3的一种反应机理如图所示。 (4)关于以上机理说法正确的是__________。 A．Co(OH)2是反应产物 B．Co是反应催化剂 C．增大Co的量，能提高NO3-的平衡转化率 D．过程①和③中N元素均被还原 (5)实验室利用以下装置模拟废水中硝酸盐还原为氨的反应，总反应为NO3-+2H2O电解 (=====)NH3↑+2O2↑+OH-，写出d电极上发生的电极反应 (6)该装置工作时，下列描述正确的是__________。 A．d为正极 B．电极c上发生还原反应 C．随着反应进行B池碱性增强 D．理论上标况下有2.24LO2生成，则有0.4mol电子从电极d经质子交换膜流向c极 (7)与哈伯合成法相比，电催化合成氨气的优势有(写出两点)： ， 。 3．氨气还可用于合成高性能储氢材料氨硼烷(NH3BH3)。 (8)氨硼烷分子中，B、N两元素电负性由大到小的顺序是 。 (9)Fe、Co、Ni、Cu催化氨硼烷水解产氢的性能如图所示。四种催化剂中，催化效果最好的金属基态原子的未成对的电子数为 。 押题七 “碳”资源综合利用 CO2、CO的资源化利用是实现“碳中和、碳达峰”的途径。 1．以CO2和H2为原料制备甲醇是实现CO2资源化利用的方式之一。其反应原理为：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH＝-49kJ·mol−1 (1)如图中，曲线 能表示该反应的平衡常数K与温度T的关系(填“Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ”)。 (2)某温度下，向容积为2.0L的恒容密闭容器中充入1.0mol CO2和3.0mol H2模拟上述反应，反应达到平衡状态时，测得，该温度下的平衡常数为 A． B． C． D． (3)向上述容器中再加入CH3OH(g)和H2O(g)各1.0mol，此时v正 v逆(填“>”或“<”)；反应再次达到平衡时，CO2的体积分数比原平衡状态 (填“大”、“小”)。 2．CO2合成甲醇的过程中涉及如下反应：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH<0。 (1)在一定温度下，向某恒容密闭容器中充入CO和H2发生上述反应，测得平衡体系中CH3OH的体积分数与投料比的关系如图所示。则在a、b、c三点中，CO的转化率最大的是 点，判断依据是 。 (2)我国科学家制备了一种ZO-ZrO2催化剂，实现CO2高选择性合成CH3OH。气相催化合成过程中，CO2转化率(x)及CH3OH选择性(S)随温度的变化曲线如图。 ①生成CH3OH的最佳温度约为 。 ②温度升高，CO2转化率升高，但产物CH3OH含量降低的原因： 。 (3)研究发现，CO2加氢还可制备甲酸(HCOOH)，反应原理为：CO2(g)+H2(g)=HCOOH(g) ΔH<0。在一容积固定的密闭容器中进行反应，实验测得：，(、为速率常数。温度为T1℃时，该反应的平衡常数K=2，温度为T2℃时，，则T2℃时平衡压强 (填“>”“<”或“=”)T1℃时平衡压强，理由是 。 10 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $$ 猜押05 化学反应原理应用 上海高考化学等级性考试中采用新题型，全部以综合情境题的形式呈现，整卷约包含5个大综合情境，其中化学反应原理综合题是高考必考题型，常与生产、生活、科技等紧密联系的物质为背景材料，把热化学、电化学及四大平衡知识融合在一起命制，题目设问较多，涉及内容也较多，多数题目含有图像或图表，力求应用反应原理解决生产实际中的具体问题，体现了变化观念与平衡思想的核心素养。 押题一 治理汽车尾气 Ⅰ.NO和CO均为汽车尾气的成分，在催化转换器中可发生反应：2CO(g)＋2NO(g)2CO2(g)＋N2(g)； (1)已知该反应为自发反应，则该反应的反应热ΔH___________0。 A项，大于 B项，小于 C项，等于 (2)已知：N2(g)+O2(g)=2NO(g) ΔH=akJ·mol-1 C(s)+O2(g)=CO2(g) ΔH=bkJ·mol-1 2C(s)+O2(g)=2CO(g) ΔH=ckJ·mol-1 则反应2CO(g)＋2NO(g)2CO2(g)＋N2(g) ΔH=___________(用含a、b、c的表达式表示)。 (3)一定温度下，将2molCO、4molNO充入2L密闭容器。5min到达平衡，测得N2的物质的量为0.5mol，则5min内v(NO)=___________。计算该反应的平衡常数的数值________(保留两位小数)。(本题需要写出计算过程) (4)该条件下，可判断此反应到达平衡的标志是___________。 A．单位时间内消耗2molCO同时生成1molN2 B．混合气体的平均相对分子质量不再改变 C．混合气体的密度不再改变 D．CO与NO的转化率比值不再改变 Ⅱ.某研究小组探究催化剂I、Ⅱ对CO、NO转化的影响。将CO和NO以一定的流速通过两种不同的催化剂进行反应，相同时间内测量逸出气体中N2的含量，从而确定尾气脱氮率(即NO的转化率)，结果如图所示： (5)由图可知：要达到最大脱氮率，该反应应采取的最佳实验条件为___________。 (6)温度低于200℃时，图中曲线I脱氮率随温度升高变化不大的主要原因是___________。 【答案】(1)B (2)2b-a-c (3)① ② (4)B (5)催化剂Ⅱ，450℃ (6)温度较低时，催化剂的活性偏低，反应速率较小 【解析】(1)CO和NO的反应是气体体积减小的反应，可知该反应ΔS小于0，而该反应为自发反应，根据ΔG=ΔH－TΔS <0，可知ΔH<0，B符合题意；故选B。 (2)根据盖斯定律，反应2CO(g)＋2NO(g)2CO2(g)＋N2(g)可由反应②×2－①－③得到，则ΔH=(2b-a-c))kJ/mol，答案为2b-a-c。 (3)可用“三等式”求算反应速率和平衡常数。“三等式”如下： 5min内，； 该反应的平衡常数。 (4)A项，单位时间内消耗2molCO和生成1molN2表示的都是正反应速率，不能说明正逆反应速率相等，不能说明反应达到平衡，A错误；B项，气体的平均相对分子质量，根据质量守恒，气体总质量不变，反应前后气体的物质的量发生变化，则气体的平均相对分子质量发生变化。当它不再改变的时候，说明反应达到了平衡，B正确；C项，根据密度，气体的总质量不变，容器的体积不变，则密度一直不变，因此密度不变不能说明反应达到了平衡，C错误；D项，假设CO消耗了xmol，则NO也消耗了xmol，则CO与NO的转化率的比值，可知不管CO消耗了多少，CO与NO的转化率总是2:1，因此转化率的比值不变不能说明反应达到了平衡，D错误；故选B。 (5)由图像可知，在催化剂Ⅱ，450℃条件下达到最大脱氮率；答案为催化剂Ⅱ，450℃。 (6)温度较低时，催化剂的活性偏低，反应速率慢，所以温度低于200℃时，脱氮率随温度升高变化不大。答案为温度较低时，催化剂的活性偏低，反应速率较小。 押题二 甲醇燃料电池 将CO2催化加氢不仅有利于实现“双碳”目标，还能制取重要的化工原料和优良的替代燃料——甲醇。 1．上述过程涉及的主要反应有： 反应I．CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1 反应Ⅱ．CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH2>0 反应IⅡ．CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) ΔH3 (1)已知几种化学键的键能数据如下表所示，则ΔH1=_______ kJ·mol−1。 化学键 H-H C=O O-H C-H C-O 键能(kJ·mol−1) 436 803 464 414 326 (2)在_______条件下有利于反应I的自发进行。 A．高温 B．低温 C．任何温度 (3)一定温度下，向恒容密闭容器中按初始进料比n(CO2)：n(H2)=1：3投入反应物 ①若只发生反应I．下列能说明该反应达到平衡状态的是_______。 A．容器内气体的压强不再发生改变 B．混合气体的平均摩尔质量不再发生改变 C．n(CH3OH) ： n(H2O)不再发生改变 D．反应的ΔH不再变化 ②若只发生反应I和II。在不同温度下达到平衡，体系中CH3OH、CO的选择性(如：CH3OH的选择性)和CO2的平衡转化率与温度的关系如图所示。 图中表示CH3OH选择性变化的曲线是_______，其原因是_______。 A项，a B项，b C项，c (4)一定温度下，在体积为VL的恒容密闭容器中通入1 molCO2和3molH2发生上述三个反应。达到平衡时，容器中CH3OH(g)的物质的量为amol，CO(g)的物质的量为b mol，反应Ⅱ的平衡常数表达式为_______。(用含a、b的代数式表示)。 【答案】(1)-46kJ/mol (2)B (3)①AB ②a ③温度升高，平衡逆向移动， CH3OH的选择性降低，则曲线a表示CH3OH选择性随温度的变化趋势 (4) 【解析】(1)CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)的ΔH1=反应物的总键能-生成物的总键能=2×803kJ/mol+3×436 kJ/mol-3×414 kJ/mol- 326kJ/mol- 464kJ/mol-2×464kJ/mol=-46kJ/mol； (2)该反应是气体体积减小的放热反应，ΔS＜0、ΔH＜0，当ΔH-TΔS＜0时反应能够自发进行，则在低温条件下有利于反应Ⅰ的自发进行，故选B； (3)①A项，反应Ⅰ是正向气体系数减少的反应，反应正向进行，容器内气体的压强减小，所以容器内气体的压强不再发生改变能说明该反应达到平衡状态，故A正确；B项，反应Ⅰ是正向气体系数减少的反应，反应正向进行，气体的总物质的量减小，而总质量不变，混合气体的平均摩尔质量减小，所以混合气体的平均摩尔质量不再发生改变能说明反应达到平衡，故B正确；C项，CH3OH、H2O均为反应产物，n(CH3OH)：n(H2O)始终为1:1，所以n(CH3OH)：n(H2O)不再发生改变不能说明该反应达到平衡状态，故C错误；D项，焓变ΔH不随反应的进行而变化，所以反应的焓变ΔH不再变化不能说明该反应达到平衡状态，故B错误；故选AB。②反应Ⅰ是放热反应，所以温度升高，平衡逆向移动， CH3OH的选择性降低，则曲线a表示CH3OH选择性随温度的变化趋势，故选a； (4)设反应I消耗的CO2的物质的量为x，反应Ⅱ消耗的CO2的物质的量为y，反应I、反应Ⅱ达平衡时各组分的浓度恰好使反应Ⅲ达平衡，列三段式：， 则有x=a，y=b，所以，，，反应Ⅱ的平衡常数。 2．甲醇燃料电池是目前开发最成功的燃料电池之一，这种燃料电池由甲醇、氧气、KOH溶液(电解质溶液)构成。甲醇碱性燃料电池工作原理如图所示。 (1)氧气的进气口为_______。 A．a职 B．b C．c D．d (2)X电极上的电极反应式为_______。此电池工作过程中，理论上每消耗16gCH3OH转移_______mol电子。 (3)此燃料电池工作一段时间后，电解质溶液的碱性_______。 A项，增强 B项，减弱 C项，不变 【答案】(1)C (2)①CH3OH+8OH--6e-=CO32-＋6H2O ②3 (3)减弱 【解析】该装置为燃料电池，氢氧根向负极移动，故左侧X电极为负极，b通入甲醇，X电极上的电极反应式为：CH3OH+8OH--6e-=CO32-＋6H2O；右侧Y电极为正极，c口通入O2，电极反应为O2+2H2O+4e-=4OH-。 (1)根据分析可知，c口通入O2，故选C； (2)根据分析可知，左侧X电极为负极，b通入甲醇，X电极上的电极反应式为：CH3OH+8OH--6e-=CO32-＋6H2O；此电池工作过程中，理论上每消耗16gCH3OH，即0.5mol，由负极电极式可知转移电子； (3)此燃料电池总反应，2CH3OH+4OH-+3O2=2CO32-＋6H2O工作一段时间后，消耗氢氧根同时生成水，故电解质溶液的碱性减弱。 押题三 亚硫酰氯的制备 亚硫酰氯(SOCl2)和硫酰氯(SO2Cl2)均是重要的化工原料。以：SO2、Cl2、SCl2为原料可以制备亚硫酰氯，所涉及的反应如下： 反应I：SO2(g)＋Cl 2(g)SO2Cl2(g) ΔH1＝-471.7kJ·mol−1 K1 反应II：SO2Cl2(g) +SCl 2(g)2SOCl2(g) ΔH2＝-5.6kJ·mol−1 K2 (1)反应SO2(g)＋Cl 2(g)2SOCl2(g)正向在_______下能自发进行。 A.高温 B.低温 C.任何温度 (2)在密闭反应器中充入1molSO2和2.6 molCl2发生反应I，测得体系内SO2平衡转化率与温度、压强关系如下图所示。正反应速率：v正(b)_______v正(d)。 A.< B.> C.= (3)在、和点中，对应平衡常数Ka、Kc和Kp由大到小的顺序为_______。Q点SO2Cl2的分压为_______(分压=总压×物质的量分数)。 (4)在一定温度和120 kPa恒压下，向密闭容器中充入一定量SO2Cl2(g)和N2(g) (不参与反应)发生反应I的逆反应。SO2Cl2(g)的平衡转化率随着通入混合气体中SO2Cl2(g)的物质的量分数增大而减小，其原因是_______。 (5)T℃℃时，在SL恒容密闭容器中，充入SO2(g)、Cl 2(g)和SCl 2(g)各0.5mol，反应10min后达到平衡，测得SCl 2(g)的转化率为20%，此时氧气为起始的0.8倍，0~10min内，用SCl 2(g)表示的反应速率为_______，K2=_______。 (6)中国科学家将I2分子引入电解质中制作高功率可充电Li-SO2Cl2电池，电池正极中，I2调整充电和放电反应的途径如图所示。电池正极的电极反应式为_______。 【答案】(1)B (2)A (3)①Ka>Kp>Kc ②8kPa (4)对于气体分子数增大的反应，总压不变，SO2Cl2的物质的量分数增大，反应体系的分压增大，平衡逆向移动 (5)①0.002 mol·L－1·min－1 ②0.5 (6) 2SOCl2+4Li++4e-=S+SO2+4LiCl 【解析】(1)由盖斯定律可知，反应Ⅰ+反应Ⅱ=目标反应，则反应△H=(+5.6kJ/mol)+(-477.3kJ/mol)=-471.7kJ/mol，根据ΔG=ΔH-TΔS<0该反应可以发生，该反应为放热反应，为熵减反应，则低温下能自发进行，故选B； (2)反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，二氧化硫转化率降低，由图，则T2＞T1，温度升高反应速率增大，则正反应速率：v正(b) < v正(d)，故选A； (3)反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，二氧化硫转化率降低，由图，则T2＞T1，平衡常数受温度影响，反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，平衡常数减小，温度T2＞T1，则在a、c和p点中，对应平衡常数Ka、Kc和Kp由大到小的顺序为Ka>Kp>Kc；在密闭反应器中充入1mol SO2和2.6mol Cl2发生反应I，SO2转化率为60%，则反应0.6molSO2，由三段式： 则反应后总的物质的量为3.0mol，Q点SO2Cl2的分压为； (4)密闭容器中充入一定量SO2Cl2(g)和N 2(g)(不参与反应)发生反应I的逆反应，2SOCl2(g)SO2(g)＋Cl 2(g)反应为气体分子数增大的反应，在一定温度和120kPa恒压下进行反应，总压不变，SO2Cl2(g)的物质的量分数增大，相当于反应体系增大压强，反应体系的分压增大，则平衡逆向移动，导致SO2Cl2(g)的平衡转化率随着通入混合气体中SO2Cl2(g)的物质的量分数增大而减小，故答案为：对于气体分子数增大的反应，总压不变，SO2Cl2的物质的量分数增大，反应体系的分压增大，平衡逆向移动； (5)反应10min后达到平衡，测得SCl 2(g)的转化率为20%，此时压强为起始的0.8倍，则反应SCl 2(g)0.1mol，平衡时总的物质的量减小1.5mol×(1-0.8)=0.3mol，反应Ⅱ为气体分子数不变的反应、反应I为气体分子数减小1的反应，则反应氯气0.3mol，三段式为： 0~10min内，用SCl 2(g)表示的反应速率为，平衡时SO2Cl2、SCl2、SOCl2分别为0.3mol-0.1mol=0.2mol、0.5mol-0.1mol=0.4mol、0.2mol，； (6)由图，放电过程为原电池，正极总反应为在碘单质催化作用下，SOCl2得到电子发生还原反应，和锂离子生成二氧化硫、硫单质、氯化锂：2SOCl2+4Li++4e-=S+SO2+4LiCl。 押题四 CH4和H2S重整制氢 石油开采的天然气含有H2S。综合利用天然气制氢是实现“碳中和”的重要途径。 1．CH4和H2S重整制氢的主要反应如下： 反应Ⅰ：CH4(g)＋2H2S(g)CS2(g)＋4H2(g) ΔH1＝260kJ·mol−1 反应Ⅱ：CH4(g)CC(s)＋2H2(g) ΔH2＝901kJ·mol−1 反应Ⅲ：2H2S(g)S2(g)＋2H2(g) ΔH3＝181kJ·mol−1 (1) H2S分子的电子式为___________。 (2)C、H、S电负性由小到大的顺序为___________。 (3)反应Ⅰ中的极性分子的是___________(不定项)。 A．CH4 B．H2S C．CS2 D．H2 (4)反应Ⅳ：CS2(g)S2(g)+C(s) ΔH4＝___________ kJ/mol。 (5)保持反应器进料口的气体总压强不变，分别以物质的量之比CH4∶H2S∶He=1∶3∶6与CH4：H2S=1：3(不通入)进料。CH4平衡转化率与温度的关系如图1，含有的曲线为___________，理由是___________。 【答案】(1) (2)H<C<S (3)B (4)+11 (5)①曲线M ②总压一定，充入氦气，反应物分压减小，相当于减压，反应Ⅰ、Ⅱ均正向移动，CH4平衡转化率增大 【解析】(1)H2S是共价化合物，S和H共用一对电子形成共价键，电子式为； (2)元素非金属性越强，电负性越大，C、H、S电负性由小到大的顺序为H<C<S； (3)A项，CH4为正四面体结构，是极性键构成的非极性分子；B项，H2S类似H2O，分子构型为V形，正负电中心不重合，是极性键构成的极性分子；C项，CS2分子为直线形，类似CO2，是极性键构成的非极性分子；D项，H2是非极性分子；故选B； (4)根据盖斯定律可知，反应Ⅳ可以由反应Ⅱ+反应Ⅲ-反应Ⅰ得到，则CS2(g)S2(g)+C(s) ΔH4＝ΔH2+ΔH3-ΔH1＝(90+181-260)kJ/mol＝+11kJ/mol； (5)保持反应器进料口的气体总压强不变，分别以物质的量之比CH4∶H2S∶He=1∶3∶6与CH4∶H2S=1∶3(不同He)进料，CH4平衡转化率与温度的关系如图1，含有He的曲线为M，理由是总压一定，充入氦气，反应物分压减小，相当于减压，反应Ⅰ、Ⅱ均正向移动，CH4平衡转化率增大； 2．假设在的恒温刚性容器中，通入0.3 molCH4和0.15 molH2S发生反应Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ，起始总压为P0。CH4和H2S的转化率与时间的关系如图2： (1)0～5min内H2的化学反应速率为___________mol/(L•min)； (2) 5min时，容器内总压为___________。 (3)与传统天然气制氢中需要脱硫将H2S转化为硫黄和水相比，上述方法优点是___________。 【答案】(1)1.2×10-3 (2)P0 (3)H2S得到了综合利用，3步反应均生成了H2 【解析】(1)由图可知，0～5min内消耗的CH4为0.3mol×5%＝0.015mol，消耗的H2S为0.15mol×20%＝0.03mol，根据氢原子守恒，则生成H2的物质的量为n(H2)＝2×0.015mol+0.03＝0.06mol，0～5min内H2的化学反应速率为v(H2)==1.2×10-3mol/(L•min)； (2)设0~5min反应Ⅰ转化了xmolCH4，则反应Ⅱ转化了(0.015－x)molCH4，反应Ⅰ转化了2xmolH2S，反应Ⅲ转化了(0.03-2x) molH2S，列三段式有， 5min时，n(CH4)=0.285mol，n(H2S)=0.12mol，n(H2)＝0.06mol，n(CS2)=xmol，n(S2)=(0.015-x)mol，n(总)=0.48mol，起始总压为P0，气体总量为0.45mol，根据压强之比等于物质的量之比，可得5min时，容器内总压为×P0=P0； (3)与传统天然气制氢中需要脱硫将H2S转化为硫黄和水相比，上述方法优点是H2S得到了综合利用，3步反应均生成了H2。 押题五 乙醇的生产 乙醇是重要的化工原料，乙醇的生产体现化学科学与技术的不断进步。请回答下列问题。 Ⅰ．以煤为原料生产乙醇 乙酸甲酯(CH3COOCH3)生成乙醇的反应如下： CH3COOCH3(g)＋2H2(g)CH3CH2OH(g)＋CH3OH(g) ΔH1＜0 (1)能提高乙酸甲酯平衡转化率的条件有(不定项) 。 A．升温 B．降温 C．加压 D．减压 (2)当温度为185℃时，存在副反应： CH3COOCH3＋CH3CH2OH(g) CH3COOCH2CH3(g)＋X。X结构式为 。 Ⅱ．以CO2为原料生产乙醇 (3)制备铜基催化剂：在单质Cu纳米颗粒中加入单质S，反应后形成铜基催化剂。单质Cu与单质S反应的化学方程式是 。 (4)电催化还原CO2。将上一步骤制备的催化剂装载在阴极上，以0.1mol·L-1KHCO3为电解质溶液，阴极得到CH3CH2OH。则阴极反应式为(请补充完整)： 2CO2+_______= CH3CH2OH +_______。 (5)在上述条件下，2H＋＋2e-=H2↑的副反应能被明显抑制，分析原因： ⅰ．相比于H+的还原反应，该催化剂对CO2的还原反应具有较高的选择性； ⅱ． (请补充完整)。 研究CO2在阴极被还原为不同产物的途径，结果如图(部分微粒略)。 (6)下列说法或推测合理的是 。 A．CO2性质稳定，活化CO2是催化剂的重要性能 B．途径Ⅰ的含碳产物还可能有HCHO、CH4等 C．按途径Ⅱ(不考虑途径Ⅰ)，1mol CO2转化为CH3CH2OH，同时生成2molH2O (7)铜基催化剂吸附CO2密度大且能明显降低断键的活化能，则铜基催化剂对 有较高的选择性。 A．甲醇 B．乙醇 【答案】(1)BC (2) (3)2Cu+SCu2S (4)2CO2＋12HCO3-+12e-=CH3CH2OH+12CO32-+3H2O (5)KHCO3溶液显碱性，H+浓度较低，H+氧化性较弱(或H+得电子速率减慢) (6)AB (7)B 【解析】(1)CH3COOCH3(g)＋2H2(g)CH3CH2OH(g)＋CH3OH(g) ΔH1＜0，该可逆反应正反应为放热反应、且气体体积减小的反应。A项，升高温度，平衡逆向移动，乙酸甲酯平衡转化率降低，A项错误；B项，降低温度，平衡正向移动，乙酸甲酯平衡转化率提高，B项正确；C项，加压，平衡正向移动，乙酸甲酯平衡转化率提高，C项正确；D项，减压，平衡逆向移动，乙酸甲酯平衡转化率降低，D项错误；故选BC； (2)根据反应中CH3COOCH3→ CH3COOCH2CH3及原子守恒可判断，X为甲醇，其结构式为； (3)单质S的氧化性较弱，只能把变价金属氧化到低价态，故反应方程式为2Cu+SCu2S； (4)阴极发生得电子、还原反应，CO2及电解质中HCO3-参加反应，得到了CH3CH2OH，电极反应式为2CO2＋12HCO3-+12e-=CH3CH2OH+12CO32-+3H2O； (5)相比于H+的还原反应，该催化剂对CO2的还原反应具有较高的选择性；KHCO3溶液显碱性，H+浓度较低，H+氧化性较弱(或H+得电子速率减慢)，故副反应能被明显抑制； (6)A项，CO2中所有原子最外层均达到8电子稳定结构，性质稳定，因此活化CO2是催化剂的重要性能，A正确；B项，由图知，途径Ⅰ的反应原理为(催化剂=C=O)催化剂与C原子之间双键断裂，碳原子与H＋＋e结合成C-H，再与3H＋＋3e-反应生成CH3OH，则若与H＋＋e-反应生成HCHO，若与5H＋＋5e-反应生成CH4、H2O，即含碳产物还可能有CH3OH、CH4等，B正确；C项，由O守恒，按途径Ⅱ(不考虑途径Ⅰ)，1mol CO2转化为CH3CH2OH，同时生成1molH2O，C错误；故选AB； (7)由图知，铜基催化剂吸附CO2密度大，且能明显降低=C=O断键的活化能，由于铜具有还原性，易失去电子，则铜基催化剂对乙醇有较高的选择性，B为乙醇，故选B。 押题六 合成氨工艺 1．20世纪初，哈伯和博施开发了以N2和H2为原料合成氨工艺，目前该工艺仍在广泛使用。 (1)基态氮原子中电子占据最高能级的电子云轮廓图为 形，基态N原子的轨道表示式为 。 (2)关于哈伯和博施法工业合成氨的说法错误的是__________。 A．反应温度为500℃主要因为该温度是催化剂的活性温度 B．合成氨工业中利用了热交换器，实现绿色低碳化 C．理论上通过该反应、可以判断该反应可以自发进行 D．将气态氨变成液氨后及时从平衡混合物中分离出去，可以提高平衡转化率 (3)关于(NH3说法正确的是__________。 A．(NH3遇到HCl产生白烟 B．可用NH4Cl受热分解可制得(NH3 C．(NH3可用湿润的蓝色石蕊试纸检验 D．(NH3是氮元素唯一的氢化物 2．治理硝酸盐污染方法之一可以采用常温常压电化学合成氨的方法。碱性条件下NO3-还原为(NH3的一种反应机理如图所示。 (4)关于以上机理说法正确的是__________。 A．Co(OH)2是反应产物 B．Co是反应催化剂 C．增大Co的量，能提高NO3-的平衡转化率 D．过程①和③中N元素均被还原 (5)实验室利用以下装置模拟废水中硝酸盐还原为氨的反应，总反应为NO3-+2H2O电解 (=====)NH3↑+2O2↑+OH-，写出d电极上发生的电极反应 (6)该装置工作时，下列描述正确的是__________。 A．d为正极 B．电极c上发生还原反应 C．随着反应进行B池碱性增强 D．理论上标况下有2.24LO2生成，则有0.4mol电子从电极d经质子交换膜流向c极 (7)与哈伯合成法相比，电催化合成氨气的优势有(写出两点)： ， 。 3．氨气还可用于合成高性能储氢材料氨硼烷(NH3BH3)。 (8)氨硼烷分子中，B、N两元素电负性由大到小的顺序是 。 (9)Fe、Co、Ni、Cu催化氨硼烷水解产氢的性能如图所示。四种催化剂中，催化效果最好的金属基态原子的未成对的电子数为 。 【答案】(1) 纺锤形 (2)C (3)A (4)BD (5) 2H2O-4e-=O2↑＋4H＋ (6)B (7) 电催化合成法常温常压下即可进行，减少了能耗和设备动力成本 电催化合成法能治理硝酸盐污染，变废为宝 (8)N>B (9)3 【解析】(1)基态氮原子的核外电子排布式为：1s22s22p3，电子占据最高能级的电子云轮廓图为纺锤形，基态N原子的轨道表示式为：； (2)A项，以氮气和氢气为原料合成氨的反应为放热反应，低温有利于反应正向进行，采用温度为500℃是因为催化剂在500℃左右活性最高，A正确；B项，合成氨工业中利用了热交换器，可以充分利用能源，实现绿色低碳化，B正确；C项，ΔG=ΔH-TΔS＜0时反应能自发，该反应ΔS＜0、ΔH＜0，所以理论上该反应常温下有可能自发进行，C错误；D项，将气态氨变成液氨后及时从平衡混合物中分离出去，平衡正向移动，可以提高平衡转化率，D正确；故选C； (3)A项，NH3遇到HCl反应生成的氯化铵为固态，即产生的是白烟，A正确；B项，不能利用NH4Cl受热分解可制得NH3，因为氯化铵分解生成的氨气和氯化氢遇冷重新结合成氯化铵，B错误；C项，NH3为碱性气体，可使湿润的红色石蕊试纸变蓝，所以应该用湿润的红色石蕊试纸检验NH3，C错误；D项，N元素的氢化物有NH3还有N2H4，D错误；故选A； (4)过程①为Co+ NO3-→Co(OH)2+ NO2-，过程②为Co(OH)2→Co，过程③为NO2-→NH3。A项，由图示和分析可知，过程中Co(OH)2先生成后消耗，是反应历程中的中间产物，A错误；B项，由图示和分析可知，过程中Co先消耗后生成，所以Co是催化剂，B正确；C项，由以上分析可知，Co是催化剂，所以增大Co的量，不能改变平衡，即不能提高的平衡转化率，C错误；D项，过程①为Co+ NO3-→Co(OH)2+ NO2-，过程③为NO2-→NH3，N元素化合价均降低，均被还原，D正确；故选BD；(5)该装置为电解池，d电极产生氧气，为阳极，故b为正极，a为负极，c为阴极。d电极上发生的电极反应：2H2O-4e-=O2↑＋4H＋； (6)该装置为电解池，d电极产生氧气，为阳极，故b为正极，a为负极，c为阴极。A项，d为阳极，A错误；B项，c为阴极，电极c上发生还原反应，B正确；C项，B池发生的反应为：2H2O-4e-=O2↑＋4H＋，氢离子通过质子交换膜移向A池，故B池中仍为水，pH值不变，C错误；D项，电子不能在电解质溶液中移动，D错误；故选B； (7)与传统的哈伯合成法相比，电催化合成氨气的优势有：电催化合成法常温常压下即可进行，减少了能耗和设备动力成本；电催化合成法能治理硝酸盐污染，变废为宝； (8)B、N两元素位于同周期，从左往右电负性增大，故电负性由大到小的顺序是：N>B； (9)如图所示，催化效果最好的是Co，核外价层电子排布为：3d74s2，基态原子的未成对的电子数为3。 押题七 “碳”资源综合利用 CO2、CO的资源化利用是实现“碳中和、碳达峰”的途径。 1．以CO2和H2为原料制备甲醇是实现CO2资源化利用的方式之一。其反应原理为：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH＝-49kJ·mol−1 (1)如图中，曲线 能表示该反应的平衡常数K与温度T的关系(填“Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ”)。 (2)某温度下，向容积为2.0L的恒容密闭容器中充入1.0mol CO2和3.0mol H2模拟上述反应，反应达到平衡状态时，测得，该温度下的平衡常数为 A． B． C． D． (3)向上述容器中再加入CH3OH(g)和H2O(g)各1.0mol，此时v正 v逆(填“>”或“<”)；反应再次达到平衡时，CO2的体积分数比原平衡状态 (填“大”、“小”)。 【答案】(1)Ⅲ (2)D (3) < 大 【解析】(1)该反应为放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，反应的平衡常数减小，所以曲线Ⅲ能表示该反应的平衡常数K与温度T的关系；(2)由题意可知，平衡时甲醇的物质的量为0.50mol，由方程式可知，平衡时二氧化碳、氢气、水蒸气的物质的量分别为1.0mol—0.50mol=0.50mol、3.0mol—0.50mol×3=1.5mol、0.50mol，则反应的平衡常数K=≈0.59，故选D；(3)向上述容器中再加入甲醇和水蒸气各1mol时，反应的浓度熵Qc=≈5.3＞K，平衡向逆反应方向移动，二氧化碳的百分含量增大，则正反应速率小于逆反应速率。 2．CO2合成甲醇的过程中涉及如下反应：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH<0。 (1)在一定温度下，向某恒容密闭容器中充入CO和H2发生上述反应，测得平衡体系中CH3OH的体积分数与投料比的关系如图所示。则在a、b、c三点中，CO的转化率最大的是 点，判断依据是 。 (2)我国科学家制备了一种ZO-ZrO2催化剂，实现CO2高选择性合成CH3OH。气相催化合成过程中，CO2转化率(x)及CH3OH选择性(S)随温度的变化曲线如图。 ①生成CH3OH的最佳温度约为 。 ②温度升高，CO2转化率升高，但产物CH3OH含量降低的原因： 。 (3)研究发现，CO2加氢还可制备甲酸(HCOOH)，反应原理为：CO2(g)+H2(g)=HCOOH(g) ΔH<0。在一容积固定的密闭容器中进行反应，实验测得：，(、为速率常数。温度为T1℃时，该反应的平衡常数K=2，温度为T2℃时，，则T2℃时平衡压强 (填“>”“<”或“=”)T1℃时平衡压强，理由是 。 【答案】(1)c 增大投料比，H2加入量增多，平衡正向移动，CO的转化率增大 (2) 320℃ 温度升高，反应速率加快，CO2的转化率升高，但甲醇的选择性降低，副反应也增多，甲醇含量降低 (3)＞ 该反应是放热反应，温度升高平衡常数减小，K(T1)＞K(T2)，则T2＞T1，升高温度，平衡逆向移动，气体分子数增多，压强增大 【解析】(1)在一定温度下，向某恒容密闭容器中充入CO和H2发生CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH<0，H2、CO均为反应物，增大投料比，氢气加入量增多，平衡正向移动，CO的转化率增大，则在a、b、c三点中，CO的转化率最大的是c点；(2)①由图可知，温度为320℃时，甲醇的选择性较高，CO2的转化率较高，则生成CH3OH的最佳温度约为320℃；②温度升高，CO2转化率升高，但产物CH3OH含量降低，说明温度升高，反应速率加快，CO2的转化率升高，但甲醇的选择性降低，副反应也增多，甲醇含量降低；(3)反应达到平衡时，正逆反应速率相等， =，，温度为T2℃时，，=1.9＜2，平衡逆向移动，该反应是放热反应，温度升高平衡常数减小，K(T1)＞K(T2)，则T2＞T1，升高温度，平衡逆向移动，气体分子数增多，压强增大。 12 / 18 学科网（北京）股份有限公司 $$