专题04 化学反应速率与平衡-【好题汇编】备战2024-2025学年高二化学下学期期末真题分类汇编（上海专用）

专题04 化学反应速率与平衡 内容概览 考向1 二氧化碳的综合利用 考向2 煤的综合利用 考向3 负碳技术 考向4 CO的综合利用 考向5 能源化学 考向6 埃林汉姆图与金属冶炼 考向7 苯乙烯 考向8 “一碳”化学 考向1 二氧化碳的综合利用 (上海市南洋中学2023-2024学科高二年级化学(等级)学科期末)二氧化碳的捕集和资源化利用是缓解温室效应的重要战略方向 1．CO2可用于制取纯碱。纯碱溶液呈碱性的原因是___________(用离子方程式表示)，溶液中含有的5种离子浓度由大到小的顺序为___________。 CO2经催化加氢可以生成低碳有机物，有以下反应： 反应I：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) 反应Ⅱ：2CO2(g)＋6H2(g) CH3OCH3(g)＋3H2O(g) 将6molCO2(g)和8molH2(g)充入容积为2L的密闭容器中，分别在T1、T2温度下发生反应I，H2的物质的量变化如表所示： 物质的量/mol T1/℃ T2/℃ 0 5 min 10 min 15 min 20 min 25 min 30 min H2 8.0 3.5 2.0 2.0 1.7 1.5 1.5 2．T1温度下，5~10 min内以CO2表示该反应速率v(CO2)= ___________。该温度下，若各物质的起始量n(CO2)=n(H2)=n(CH3OH)=n(H2O)=2mol，则v(正)___________v(逆)。 A． B． C． 3．已知T1＞T2据上述表中可知___________0。 A． B． C． 4．下列措施中能增大该反应的反应速率且利于平衡正向移动的是___________。 A．增大体系的压强确 B．将CH3OH与反应混合物分离 C．使用高效催化剂 D．增大CO2浓度 5．下列情况能说明该反应达到化学平衡状态的是___________。 A．单位时间内消耗1 molCO2，同时生成1 molCH3OH B．密闭容器中n(CO2)：n(H2O)不发生变化 C．CO2、H2、CH3OH浓度之比为1：3：1的状态 D．密闭容器内混合气体的密度不发生变化 恒压下将CO2和H2按体积比1：3混合，在不同催化剂作用下发生反应I和反应Ⅱ，在相同的时间段内CH3OH的选择性和产率随温度的变化如图。 其中：。 6．(1)温度高于230℃，CH3OH产率随温度升高而下降的原因是___________。 (2)在上述条件下合成甲醇的工业条件是___________。 A．210℃ B．230℃ C．催化剂 D．催化剂 考向2 煤的综合利用 (上海市金山区2023-2024学年第二学期质量监控)煤炭被人们誉为黑色的金子，工业的食粮，它是十八世纪以来人类世界使用的主要能源之一。 1．将煤干馏可以得到焦炭等化工产品，用焦炭生产水煤气的反应为： C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)(反应吸热) 将不同量的C(s)和H2O(g)分别加入到体积为2L的恒容密闭容器中，进行反应，得到如下数据： 实验组 温度/℃ 起始量/mol 平衡量/mol 达到平衡所需时间/min H2O C H2 CO 1 650 0.01 0.02 0.008 5 2 800 0.02 0.03 0.017 3 (1)实验1中，从反应起始至平衡时的平均反应速率v(H2)=________； 分析表中数据，解释实验2比实验1更快达到平衡的原因：________ (2)一定温度下，下列事实能判断该反应达到平衡状态的是________。(双选) A．容器中的压强不再改变 B．cCO=cH2 C．v正(CO)=v逆(H2O) (3)焦炭可用于制备电石等。电石的主要成分是CaC2，其与水反应生成Ca(OH)2和________(用结构简式表示)。 (4)制备电石还需要用到CaCO3。组成CaCO3的三种元素原子半径按从大到小的顺序排列为________。 A． Ca＞O＞C B．Ca＞C＞O C．C＞O＞Ca D．O＞Ca＞C 2．合成氨的原料气N2和H2通常是以焦炭、水和空气为原料来制取的。其主要反应是： ①2C(s)＋O2(g)2CO(g) ②C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g) ③C(s)＋2H2O(g)CO2(g)＋2H2(g) 某次生产中将焦炭、H2O(g)和空气(设空气中N2和O2的体积比为4：1)混合反应，所得气体产物经分析，组成如下表： 气体 CO N2 CO2 H2 O2 体积(m3)(标准状况) 20 12 60 1.0 通入空气的体积V(空气)________ m3，参加反应的H2O的体积V(H2O)________ m3。 上表中________ m3。 考向3 负碳技术 (上海市华东师范大学第二附属中学张江分校2023~2024学年高二下学期期末)为了实现“碳达峰”和“碳中和”的目标，将CO2转化成可利用的化学能源的“负碳”技术是世界各国关注的焦点。 1．下列能量转化形式在二氧化碳捕集与利用循环图中不涉及的是__________。 A．电能→化学能 B．化学能→电能 C．热能→电能 D．光能(风能)→电能 2．二氧化碳甲烷化技术是CO2资源化利用的有效手段之一，其反应原理为CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g) ΔH1。已知298 K时，有关物质的相对能量如表所示： 物质 H2(g) CH4(g) H2O(g) CO2(g) 相对能量/() 0 -75 -242 -393 下列说法正确的是__________。 A．该反应的ΔS＞0 B．相对能量：H2O(g)＜H2O(l) C．该反应的ΔH＝-166kJ·mol−1 D．CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(l) ΔH2，则ΔH2＞ΔH1 3．利用甲烷和二氧化碳共转化催化亦可获得更多产品，反应历程如图所示： 已知部分化学键的键能数据如下： 共价键 键能() 413 497 462 351 348 已知产物为气态根据上述信息，写出该催化反应的热化学方程式：___________，该反应的自发条件是___________(填“低温”“高温”或“任意温度”)。 4．CO2催化加氢法可制备乙烯，反应原理为2CO2(g)＋6H2(g)C2H4(g)＋4H2O(g) ΔH＝-127.8kJ·mol−1。向2L恒容密闭容器中加入1molCO2(g)和3molH2(g)，在催化剂作用下发生反应，测得不同温度下，平衡时各组分物质的量的曲线如图所示： (1)图中曲线b、d分别代表的是___________、___________的物质的量随温度的变化关系。 (2)T1℃时，H2的平衡转化率为___________(结果保留三位有效数字)。 5．我国科学家已成功利用二氧化碳完成了淀粉的人工全合成工作，合成淀粉的重要反应包括二氧化碳制备甲醇的反应： i．CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH1(主反应) ii．CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH2(副反应) (1)若在恒温恒容条件下进行反应i，下列不能说明该反应已到达化学平衡状态的是___________。 A．CH3OH的浓度不再改变 B．混合气体的平均相对分子质量不变 C．容器内混合气体的密度不再改变 D．H2O的物质的量分数不变 (2)对于反应i，改变某一条件，对化学反应速率的影响及解释正确的是___________。 A．升高温度，使单位体积内活化分子百分数增加，反应速率加快 B．增加反应物的浓度，使单位体积内活化分子百分数增加，反应速率加快 C．使用催化剂能降低反应活化能，使单位体积内活化分子百分数增加，反应速率加快 D．反应达到平衡后，增大压强，v正仍等于v逆 (3)该主反应在有催化剂和无催化剂作用下的反应机理如图所示(其中标有*的为吸附在催化剂表面上的物种，TS为过渡态)；使用催化剂的曲线是___________(选填“甲”、“乙”)，催化剂可使反应历程中决速步骤的活化能降低___________eV(eV为能量单位)。 (4)一定温度下，分别按CO2、H2起始物质的量之比为1：1，1：2，1：3发生反应CO2(g)＋H2(g)HCOOH(g)，保持总压强为140 kPa，测得CO2的平衡转化率与温度之间的关系如图所示。曲线Ⅰ代表的投料比为___________。X点条件下，用平衡分压代替平衡浓度计算的平衡常数Kp=___________ kPa -1(已知：分压=总压×物质的量分数)。 (5)我国科学家以材料作光电极，以CO2饱和溶液的0.5mol·L-1的KHCO3溶液作电解液pH=7.4，将CO2转化为HCOO-，原理如图所示。根据图示，生成HCOO-的电极名称是___________极，电极方程式为___________。 考向4 CO的综合利用 (上海市华师大附属天山学校2023-2024学年高二下学期期末考试)在化学工业中,一氧化碳是一碳化学的基础。作为合成气和各类煤气的主要组分,一氧化碳是合成一系列基本有机化工产品和中间体的重要原料。 1．在容积为2L密闭容器中发生反应2CO(g)＋2NO(g)2CO2(g)＋N2(g) ΔH＝-746.4kJ·mol−1。起始反应时NO和CO各为4 mol，10 s后达到化学平衡，测得N2为1mol，下列有关反应速率的说法正确的是__________。 A．反应前5 s内，v(NO)=0.1 mol·L-1· s-1 B．平衡后，升高温度，v正减小，v逆增大 C．达到平衡后，化学平衡常数K=0.5 D．该反应正反应的活化能大于逆反应的活化能 2．处理、回收CO是环境科学家研究的热点话题。CO用于处理大气污染物N2O发生反应为：CO(g)＋N2O(g)CO2(g)＋N2(g) ΔH＝-365kJ·mol−1。上述反应分为两步进行： 第一步：Fe++N2OFeO++N2； 第二步：FeO++COFe++CO2，第二步反应不影响总反应达到平衡所用的时间。 下列说法不正确的是__________。 A．FeO+是该反应的催化剂，且参加了化学反应 B．第一步中Fe+与N2O的碰撞仅部分有效 C．第二步反应速率大于第一步反应速率 D．增大CO浓度可显著增大处理N2O的速率 3．在容积为1L的密闭容器中、充入1molCO2(g)和3molH2O(g)，在500℃下发生反应，CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)，实验测得CO2和CH3OH(g)的物质的量(n)随时间变化如图所示： (1)下列措施不能使CO2转化率增大的是___________。 A．在原容器中再充入1molH2(g) B．在原容器中再充入1molCO2(g) C．将水蒸气从体系中分离出 D．使用更高效的催化剂 (2)从反应开始到平衡，氢气的平均反应速率v(H2)=_______mol/(L·min)。 (3)500℃该反应的平衡常数为___________；下图是改变温度时化学反应速率随时间变化示意图，若降低温度到400℃进行，达到平衡时，值___________(选填“增大”“减小”或“不变”)。 (4)500℃条件下，测得某时刻，CO2(g)、H2(g)、CH3OH(g)、H2O(g)浓度为0.4 mol·L－1则此时v正_______v逆(选填“>”“<”或“=”)。 考向5 能源化学 (上海市嘉定一中2023-2024学年第二学期期末质量检测高二(等级))1．在Ni基催化剂作用下，可将含碳温室气体转化为CO。 (1)Ni能与CO 形成正四面体形的配位分子 Ni(CO)4， 该分子属于____。 A．极性分子 B．非极性分子 (2)1molNi(CO)4中含有____molσ键。 (3)已知CO的燃烧热为-283kJ·mol⁻¹， H2的燃烧热为-286kJ·mol⁻¹用 CH4和CO2反应所得的合成气(CO与H2的混合气体)的热值(单位：MJ·m-3)为_______。(写出计算过程，体积按标准状况计算， 2．一定条件下，CH4和CO2都能与H2O形成笼状结构的水合物晶体(如图)，相关参数如下表所示。 分子直径/nm 分子与H2O的结合能E /kJ·mol⁻l CH4 0.436 16.40 CO2 0.512 29.91 (1)“可燃冰”中分子间存在的作用有______。 (2)为开采深海海底的“可燃冰”，有科学家提出用CO2置换CH4的设想。已知上图中笼状结构的空腔直径为0.586 nm，根据上述图表，从物质结构及性质的角度分析，该设想的依据是_______。 3．发射卫星时可用 N2H4燃料，实验室可用如下装置，在碱性条件下合成N2H4： (1)完成装置 B 中发生反应的离子方程式(化学计量数为 1 则省略)：____， ______NH3+______ClO-=______N2H4+ ______ ______。 (2)装置 A 试管中的试剂为_______；仪器 a 的作用是_______。 (3)装置 C 中每生成 112mL(折算至标准状况)气体，转移电子数目为______； 仪器b 的导管作用为_______。 (4)上述装置中存在一处缺陷，会导致肼的产率降低，改进方法是______。 考向6 埃林汉姆图与金属冶炼 (上海市复兴高级中学2023~2024学年第二学期期末考试高二年级化学(等级))埃林汉姆图，由英国物理化学家哈罗德·埃林汉姆于1944年最先制作，在冶金工业中可用于评估氧化物的热稳定性。 1．埃林汉姆图像中，每条直线代表该反应吉布斯自由能(ΔG=ΔH-TΔS)与温度的关系。 (1)反应C(s)＋O2(g)CO2(g)在埃林汉姆图中的斜率近似为0，请简述原因______。 (2)结合图像推测，若以Al2O3为原料，理论上______用热分解法获得铝单质。 A．可以 B．不可以 (3)工业中，以Al2O3为原料，采用电解法冶炼金属铝，在______极获得铝单质。 A．正 B．负 C．阳 D．阴 (4)写出阳极的电极方程式______。 (5)若电解一段时间后，收集到标况下56L气体，则这段时间内电路中转移的电子数目为______个。 (6)写出以HgO为原料，冶炼金属Hg的化学方程式____________。 2．高炉炼铁的原理为：Fe2O3(s)＋3CO(g)2Fe(s)＋3CO2(g)，若该反应在体积固定的密闭容器中进行，在一定条件下达到平衡状态。 (1)若如果改变下列条件后，再次达到平衡，分析下列物理量与原平衡相比的大小关系 ①增大容器的体积，混和气体的密度______(选填A、B或C，下同)。 ②再通入适量气体，的转化率______。 A．增大 B．减小 C．不变 (2)高炉炼铁可得到含碳量在2.11%~4.3%的生铁，写出生铁在中性环境下发生电化学腐蚀时，碳电极表面发生的电极方程式______。 考向7 苯乙烯 (上海市二中学2023~2024学年第二学期高二化学等级期末)苯乙烯是有机合成领域中的重要原料，来源于煤化工和石油化工。 1．苯乙烯中至少有_______个碳原子共平面。 A．5 B．6 C．7 D．8 2．科学家提出了以乙苯为原料制备苯乙烯的机理，如下图所示。(Ph-代表苯基，*代表吸附态) 虚线框内，化学反应速率最小的一步活化能的值为_______ kJ/mol。 乙苯催化脱氯是目前苯乙烯的主要制备方法，科学家使用特定催化剂，联用下面两个反应高效制备苯乙烯： Ⅰ. K1 Ⅱ. CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) K2 3．反应Ⅱ的平衡常数K2的表达式为K2=_______。 4．总反应为：。 总反应的平衡常数K=_______。(用K1、K2的代数式表示) 5．一定温度下，在一恒容密闭容器中充入2mol乙苯和2molCO2(g)。 (1)达到平衡后，容器中所有物质的总物质的量变为，则乙苯的转化率为_______。 (2)利用两种有机物气体的密度较大，采用合适的分离方式，将CO2(g)、H2O(g)、CO(g)从容器中抽去一半，此时容器内反应的v(正)_______ v(逆)。 A．大于 B．小于 C．等于 D．不能确定 6．过氧化苯甲酰(C)是一种可用于治疗痤疮，可以苯乙烯为原料合成，合成路线如下： (1)物质A的结构简式为_______。 (2)反应③是可逆反应，反应类型为取代，会产生溶于水显酸性的无机小分子，书写反应③的反应式：_______。 (3)反应③中加入Na2CO3有利于提高过氧化苯甲酰的产率，从平衡移动的角度说明理由：_______。 (4)物质D为物质C的同分异构体，满足下列条件，书写一种物质D的结构简式：_______。 Ⅰ.含有酯基 Ⅱ.能发生银镜反应 Ⅲ.能使FeCl3显色 Ⅳ.含有6种等效氢，比例为1：1：2：2：2：2 考向8 “一碳”化学 (上海市外国语附属学校2023-2024学年高二下学期期末)研究含有一个碳原子物质的化学称为“一碳”化学。 1．完成下列问题 (1)以CO2和H2为原料制取甲醇，在催化剂Cu/ZnO的作用下合成甲醇，该反应的热化学方程式为CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)。 ①该反应在___________(填“高温”、“低温”或“任意温度”)下易自发进行。 ②该反应分两步进行： 第一步：Cu/ZnO*+H2=Cu/Zn*+H2O   第二步：Cu/Zn*+H2+CO2=Cu/ZnO*+CH3OH 已知第二步反应几乎不影响总反应达到平衡所用的时间，由此推知以下能正确表示反应过程中能量变化的示意图为___________(填标号)。 A．B．C． D． (2)以CO和氢气为原料制备甲醇： CO(g)+ 2H2(g)CH3OH(g)，在一个密闭容器中，充入lmolCO和2molH2发生反应，测得平衡时H2的体积分数与温度、压强的关系如图1所示。 ①压强P1___________ P2(填“大于”或“小于”)。 ②a点条件下，H2的平衡转化率为___________，该温度下达到平衡后，在容积不变的条件下再充入mol CO和mol CH3OH，平衡___________(填“正向” “逆向”或“不”)移动，新平衡时的逆反应速率___________ (填“大于” “等于”或“小于”)原平衡。 (3)使用惰性电极通过电解原理也可以制取甲醇，其反应装置如图所示，则电极a应该接在电源的___________极(填“正”或“负”)；生成甲醇的电极反应式为___________。 2．甲胺是重要的化工原料，被广泛应用于国民经济各个领域，是农药、医药、橡胶等领域内的重要的基本化工原料。 (1)制取甲胺的反应为CH3OH(g)＋NH3(g)CH3NH2(g)＋H2O(g) ΔH。已知该反应中相关化学键的键能数据如下： 共价键 C-O H-O N-H C-N 键能/kJ·mol-1 351 463 393 293 则该反应的ΔH=___________。 (2)甲胺(CH3NH2)是一种弱碱，可与盐酸反应生成盐酸盐(用CH3NH3Cl表示)。下列叙述正确的是___________。 A．CH3NH3Cl在水中的电离方程式为：CH3NH3ClCH3NH3++Cl- B．0.01 mol/L CH3NH2水溶液的 pH=12 C．0.1 mol/L CH3NH2水溶液加水稀释，pH降低 D．CH3NH3Cl水溶液中：c(Cl-)>c(H+)>c(CH3NH3+)>c(OH- ) (3)与甲胺类似，氨基酸也能与酸反应，请结合官能团性质解释甘氨酸(H2NCH2COOH)的熔点高于分子量相近的丙酸(CH3CH2COOH)和丁胺(CH3CH2CH2NH2)的原因：___________。 1 / 13 学科网（北京）股份有限公司 $$ 专题04 化学反应速率与平衡 内容概览 考向1 二氧化碳的综合利用 考向2 煤的综合利用 考向3 负碳技术 考向4 CO的综合利用 考向5 能源化学 考向6 埃林汉姆图与金属冶炼 考向7 苯乙烯 考向8 “一碳”化学 考向1 二氧化碳的综合利用 (上海市南洋中学2023-2024学科高二年级化学(等级)学科期末)二氧化碳的捕集和资源化利用是缓解温室效应的重要战略方向 1．CO2可用于制取纯碱。纯碱溶液呈碱性的原因是___________(用离子方程式表示)，溶液中含有的5种离子浓度由大到小的顺序为___________。 【答案】①CO32-+H2OHCO3-+OH- ②c(Na+)＞c(CO32-)＞c(OH-)＞HCO3-＞c(H+) 【解析】纯碱为Na2CO3，Na2CO3为强碱弱酸盐，碳酸根水解使溶液呈碱性：CO32-+H2OHCO3-+OH-；Na2CO3溶液中存在Na+、CO32-、HCO3-、OH-、H+，Na2CO3=2Na++CO32-，Na2CO3电离产生的n(Na+)为n(CO32-)的2倍，CO32-水解消耗一部分，所以c(Na+)大于c(CO32-)的2倍，由于CO32-的水解程度较微弱，所以剩余的c(CO32-)大于水解生成的c(HCO3-)和c(OH-)，CO32-水解生成的c(HCO3-)和c(OH-)相等，但水的电离也产生OH-，所以c(HCO3-)＜c(OH-)，Kw=c(H+)c(OH-)，Na2CO3溶液的5种离子中c(H+)最小，所以5种离子浓度由大到小的顺序为c(Na+)＞c(CO32-)＞c(OH-)＞c(HCO3-)＞c(H+)。 CO2经催化加氢可以生成低碳有机物，有以下反应： 反应I：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) 反应Ⅱ：2CO2(g)＋6H2(g) CH3OCH3(g)＋3H2O(g) 将6molCO2(g)和8molH2(g)充入容积为2L的密闭容器中，分别在T1、T2温度下发生反应I，H2的物质的量变化如表所示： 物质的量/mol T1/℃ T2/℃ 0 5 min 10 min 15 min 20 min 25 min 30 min H2 8.0 3.5 2.0 2.0 1.7 1.5 1.5 2．T1温度下，5~10 min内以CO2表示该反应速率v(CO2)= ___________。该温度下，若各物质的起始量n(CO2)=n(H2)=n(CH3OH)=n(H2O)=2mol，则v(正)___________v(逆)。 A． B． C． 3．已知T1＞T2据上述表中可知___________0。 A． B． C． 4．下列措施中能增大该反应的反应速率且利于平衡正向移动的是___________。 A．增大体系的压强确 B．将CH3OH与反应混合物分离 C．使用高效催化剂 D．增大CO2浓度 5．下列情况能说明该反应达到化学平衡状态的是___________。 A．单位时间内消耗1 molCO2，同时生成1 molCH3OH B．密闭容器中n(CO2)：n(H2O)不发生变化 C．CO2、H2、CH3OH浓度之比为1：3：1的状态 D．密闭容器内混合气体的密度不发生变化 恒压下将CO2和H2按体积比1：3混合，在不同催化剂作用下发生反应I和反应Ⅱ，在相同的时间段内CH3OH的选择性和产率随温度的变化如图。 其中：。 6．(1)温度高于230℃，CH3OH产率随温度升高而下降的原因是___________。 (2)在上述条件下合成甲醇的工业条件是___________。 A．210℃ B．230℃ C．催化剂 D．催化剂 【答案】2．①0.05 mol∙L-1∙min-1 ②C 3．C 4．AD 5．B 6．①反应Ⅰ为放热反应，温度升高，平衡逆向移动，使CO2转化为CH3OH的产率降低 ②BD 【解析】2．5~10min内氢气物质的量变化了1.5mol，根据反应方程式中化学计量数之比可知，二氧化碳物质的量变化为0.5mol，则以CO2表示该反应速率v(CO2)=；根据表中数据，T1温度下，达到平衡时，列出三段式： 平衡常数，若各物质的起始量n(CO2) =n(H2)=n(CH3OH)=n(H2O)=2mol，即浓度均为1mol/L， >K，反应向逆方向进行，则v(正)<v(逆)； 3．T1 > T2，T2温度平衡时氢气的物质的量更少，说明降温平衡正向移动，正反应为放热反应，即ΔH＜0。 4．A项，增大体系的压强可以加快反应速率，反应Ⅰ、Ⅱ均为气体分子数减小的反应，增大体系的压强，平衡均正向移动，A符合题意；B项，将CH3OH与反应混合物分离促进反应正向移动，但生成物浓度减小，反应速率不会增大，B不符合题意；C项，加入催化剂可以提高反应速率，但不影响平衡移动，C不符合题意；D项，增大CO2的浓度，反应速率增大，平衡正向移动，D符合题意；故选AD。 5．A项，单位时间内消耗1mol CO2，代表正反应速率，同时生成1mol CH3OH，也代表正反应速率，但任意时刻不同物质表示的速率比值都等于其化学计量数比值，故无法判断是否达到平衡状态，A错误；B项，密闭容器中未达到平衡时，n(CO2)：n(H2O)随反应而变化，只有两者比值不变时才能说明反应达到平衡状态，B正确；C项，CO2、H2、CH3OH浓度之比为1：3：1的状态，取决于起始的物质的量，只有维持这个比值不变才能说明达到平衡状态，C错误；D项，根据，反应前后质量守恒，体积不变，则密度始终不变，D错误；故选B。 6．反应Ⅰ为放热反应，温度升高，平衡逆向移动，使CO2转化为CH3OH的产率降低；故答案为：反应Ⅰ为放热反应，温度升高，平衡逆向移动，使CO2转化为CH3OH的产率降低；由图可知相同条件下，使用做催化剂时，甲醇的选择性和产率均更高，温度在230℃时，在催化剂作用下，甲醇的产率和选择性均较高，故选BD。 考向2 煤的综合利用 (上海市金山区2023-2024学年第二学期质量监控)煤炭被人们誉为黑色的金子，工业的食粮，它是十八世纪以来人类世界使用的主要能源之一。 1．将煤干馏可以得到焦炭等化工产品，用焦炭生产水煤气的反应为： C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)(反应吸热) 将不同量的C(s)和H2O(g)分别加入到体积为2L的恒容密闭容器中，进行反应，得到如下数据： 实验组 温度/℃ 起始量/mol 平衡量/mol 达到平衡所需时间/min H2O C H2 CO 1 650 0.01 0.02 0.008 5 2 800 0.02 0.03 0.017 3 (1)实验1中，从反应起始至平衡时的平均反应速率v(H2)=________； 分析表中数据，解释实验2比实验1更快达到平衡的原因：________ (2)一定温度下，下列事实能判断该反应达到平衡状态的是________。(双选) A．容器中的压强不再改变 B．cCO=cH2 C．v正(CO)=v逆(H2O) (3)焦炭可用于制备电石等。电石的主要成分是CaC2，其与水反应生成Ca(OH)2和________(用结构简式表示)。 (4)制备电石还需要用到CaCO3。组成CaCO3的三种元素原子半径按从大到小的顺序排列为________。 A．Ca＞O＞C B．Ca＞C＞O C．C＞O＞Ca D．O＞Ca＞C 【答案】(1)①8×10-4mol·L－1·min－1 ②. 实验2相比实验1温度更高、压强更大，所以反应速率更快，达到平衡所需的时间短 (2)AC (3)CH≡CH (4)B 【解析】(1)实验1中以v(CO)表示的到达平衡时的平均反应速率，同一可逆反应在同一时间段内各物质的反应速率之比等于其计量数之比，所以用H2表示的反应速率v(H2)= v(CO)= 8×10-4mol·L－1·min－1；实验2比实验1更快达到平衡的原因：实验2相比实验1温度更高、压强更大，所以反应速率更快，达到平衡所需的时间短。 (2)A项，该反应是反应前后气体体积增大的可逆反应，当容器中的压强不再改变时正逆反应速率相等，该反应达到平衡状态，A符合题意；B项，CO、H2都是生成物，二者的系数相等，在任何条件下二者的浓度都相等，所以c(CO)=c(H2)时，该反应不一定达到平衡状态，与反应物初始量及转化率有关，B不符合题意；C项，v正(CO)=v逆(H2O)时，各物质的正、逆反应速率相等，该反应达到平衡状态，C符合题意； 故选AC。 (3)CaC2和H2O反应生成Ca(OH)2和CH≡CH，反应方程式为CaC2+2H2O=Ca(OH)2+CH≡CH↑，故答案为：CH≡CH。 (4)原子核外电子层数越多，原子半径越大；同一周期的元素，原子半径随着原子序数增大而减小，所以这三种元素的原子半径大小顺序是Ca>C>O，故选B。 2．合成氨的原料气N2和H2通常是以焦炭、水和空气为原料来制取的。其主要反应是： ①2C(s)＋O2(g)2CO(g) ②C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g) ③C(s)＋2H2O(g)CO2(g)＋2H2(g) 某次生产中将焦炭、H2O(g)和空气(设空气中N2和O2的体积比为4：1)混合反应，所得气体产物经分析，组成如下表： 气体 CO N2 CO2 H2 O2 体积(m3)(标准状况) 20 12 60 1.0 通入空气的体积V(空气)________ m3，参加反应的H2O的体积V(H2O)________ m3。 上表中________ m3。 【答案】①25 ②60 ③44 【解析】N2的体积为20 m3，空气中的氮气与氧气的比为4：1，故通入空气的体积V(空气)25 m3，根据反应②③可知H2O ~ H2，H2的体积为60 m3，故V(H2O)=60 m3，N2的体积为20 m3，空气中的氮气与氧气的比为4：1，故氧气的体积为5 m3，故参加反应的氧气的体积为5 m3-1 m3=4 m3，由表可知，产物中二氧化碳的体积为12 m3，水的体积为60m3，根据氧守恒，。 考向3 负碳技术 (上海市华东师范大学第二附属中学张江分校2023~2024学年高二下学期期末)为了实现“碳达峰”和“碳中和”的目标，将CO2转化成可利用的化学能源的“负碳”技术是世界各国关注的焦点。 1．下列能量转化形式在二氧化碳捕集与利用循环图中不涉及的是__________。 A．电能→化学能 B．化学能→电能 C．热能→电能 D．光能(风能)→电能 【答案】C 【解析】电解池实现电能→化学能，光伏电池或风力电机发电实现光能(风能)→电能，燃料电池车实现化学能→电能，合成塔中主要是热能转化为化学能，循环图中不涉及的是热能→电能，C项符合题意。 2．二氧化碳甲烷化技术是CO2资源化利用的有效手段之一，其反应原理为CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g) ΔH1。已知298 K时，有关物质的相对能量如表所示： 物质 H2(g) CH4(g) H2O(g) CO2(g) 相对能量/() 0 -75 -242 -393 下列说法正确的是__________。 A．该反应的ΔS＞0 B．相对能量：H2O(g)＜H2O(l) C．该反应的ΔH＝-166kJ·mol−1 D．CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(l) ΔH2，则ΔH2＞ΔH1 【答案】C 【解析】A项，由反应可知反应物的气体分子数多于生成物气体分子数，则ΔS＜0，故A错误；B项，相同条件下，同种物质相对能量：气态>液态，则相对能量：H2O(g)＞H2O(l)，故B错误；C项，该反应的，故C正确；D项，相对能量：H2O(g)＞H2O(l)，生成液态水时放出的热量多于生成气态水时的热量，放热越多越小，则ΔH2＜ΔH1，故D错误；故选C。 3．利用甲烷和二氧化碳共转化催化亦可获得更多产品，反应历程如图所示： 已知部分化学键的键能数据如下： 共价键 键能() 413 497 462 351 348 已知产物为气态根据上述信息，写出该催化反应的热化学方程式：___________，该反应的自发条件是___________(填“低温”“高温”或“任意温度”)。 【答案】①CO2(g)＋CH4(g)=CH3COOH(g) ΔH＝-251kJ·mol−1 ②低温 【解析】根据反应历程可知，该反应是由二氧化碳和甲烷合成乙酸的反应，该反应的ΔH =反应物的键能之和-生成物的键能之和，则反应物的总键能为，生成物的总键能为，则该催化反应的热化学方程式为CO2(g)＋CH4(g)=CH3COOH(g) ΔH＝-251kJ·mol−1；根据ΔG=ΔH-TΔS＜0该反应能自发进行，其中ΔH＜0，ΔS＜0，则该反应的自发条件是低温。 4．CO2催化加氢法可制备乙烯，反应原理为2CO2(g)＋6H2(g)C2H4(g)＋4H2O(g) ΔH＝-127.8kJ·mol−1。向2L恒容密闭容器中加入1molCO2(g)和3molH2(g)，在催化剂作用下发生反应，测得不同温度下，平衡时各组分物质的量的曲线如图所示： (1)图中曲线b、d分别代表的是___________、___________的物质的量随温度的变化关系。 (2)T1℃时，H2的平衡转化率为___________(结果保留三位有效数字)。 【答案】(1)①CO2 ②C2H4 (2)33.3% 【解析】 (1)反应为放热反应，温度升高，平衡逆向移动，则随温度升高，物质的量增大的曲线a、b代表反应物随温度的变化关系，随温度升高，物质的量减小的曲线c、d代表生成物随温度的变化关系，结合化学计量数关系可知，a代表H2的物质的量随温度的变化，b代表CO2的物质的量随温度的变化，c代表H2O的物质的量随温度的变化，d代表C2H4的物质的量随温度的变化； (2)设T1℃反应达到平衡时生成，根据反应方程式，列三段式： 由图可知，时，解得，平衡时，氢气的转化率为。 5．我国科学家已成功利用二氧化碳完成了淀粉的人工全合成工作，合成淀粉的重要反应包括二氧化碳制备甲醇的反应： i．CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH1(主反应) ii．CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH2(副反应) (1)若在恒温恒容条件下进行反应i，下列不能说明该反应已到达化学平衡状态的是___________。 A．CH3OH的浓度不再改变 B．混合气体的平均相对分子质量不变 C．容器内混合气体的密度不再改变 D．H2O的物质的量分数不变 (2)对于反应i，改变某一条件，对化学反应速率的影响及解释正确的是___________。 A．升高温度，使单位体积内活化分子百分数增加，反应速率加快 B．增加反应物的浓度，使单位体积内活化分子百分数增加，反应速率加快 C．使用催化剂能降低反应活化能，使单位体积内活化分子百分数增加，反应速率加快 D．反应达到平衡后，增大压强，v正仍等于v逆 (3)该主反应在有催化剂和无催化剂作用下的反应机理如图所示(其中标有*的为吸附在催化剂表面上的物种，TS为过渡态)；使用催化剂的曲线是___________(选填“甲”、“乙”)，催化剂可使反应历程中决速步骤的活化能降低___________eV(eV为能量单位)。 (4)一定温度下，分别按CO2、H2起始物质的量之比为1：1，1：2，1：3发生反应CO2(g)＋H2(g)HCOOH(g)，保持总压强为140 kPa，测得CO2的平衡转化率与温度之间的关系如图所示。曲线Ⅰ代表的投料比为___________。X点条件下，用平衡分压代替平衡浓度计算的平衡常数Kp=___________ kPa -1(已知：分压=总压×物质的量分数)。 (5)我国科学家以材料作光电极，以CO2饱和溶液的0.5mol·L-1的KHCO3溶液作电解液pH=7.4，将CO2转化为HCOO-，原理如图所示。根据图示，生成HCOO-的电极名称是___________极，电极方程式为___________。 【答案】(1)C (2)AC (3)①乙 ②0.20 (4)①1：3 ②0.01 (5)①阴 ②CO2+HCO3-+2e-=CO32-＋HCOO- 【解析】(1)A项，CH3OH的浓度不再改变，说明正逆反应速率相等，反应达到平衡状态，故A不选；B项，反应前后气体总质量不变，气体物质的量增大，则混合气体平均相对分子质量减小，当混合气体的平均相对分子质量不变时，反应达到平衡状态，故B不选；C项，反应前后气体总质量不变，容器体积不变，则容器内混合气体的密度始终不变，不能据此判断平衡状态，故C选；D项，H2O的物质的量分数不变，说明正逆反应速率相等，反应达到平衡状态，故D不选；故选C； (2)A项，升高温度，使单位体积内活化分子百分数增加，反应速率加快，A正确；B项，增加反应物的浓度，活化分子百分数不变，B错误；C项，使用催化剂能降低反应活化能，使单位体积内活化分子百分数增加，反应速率加快，C正确；D项，该反应为气体分子数减小的反应，则反应达到平衡后，增大压强，平衡正向移动，V正大于V逆，D错误；故选AC； (3)使用催化剂能够降低反应的活化能，使反应速率大大加快，从而缩短了达到平衡所需时间。根据图示可知曲线乙表示的是使用催化剂的曲线；对于多步反应，活化能最大的慢反应对总反应起决定作用。未使用催化剂时，慢反应的活化能为1.80 eV-0.20 eV=1.60 eV；当使用了催化剂后，活化能变为：0.40 eV-(-1.00 eV)=1.40 eV，可见催化剂可使反应历程中决速步骤的活化能降低1.60 eV-1.40eV=0.20 eV，故答案为：乙：0.20； (4)根据增加H2的量可以提高CO2的转化率可知，投料比减小，则CO2的转化率要增大，所以曲线Ⅰ代表的投料比为1：3；X点条件时，投料比为1：3，CO2的转化率为50%，假设起始加入CO2物质的量为1mol，H2物质的量为3mol，则CO2转化了0.5mol列三段式： 气体总物质的量为，则； (5)H2O转化为O2氧元素化合价升高，发生氧化反应，作为阳极，CO2转化为HCOO-碳元素化合价降低，发生还原反应，做为阴极，其电极反应式为CO2+HCO3-+2e-=CO32-＋HCOO-。 考向4 CO的综合利用 (上海市华师大附属天山学校2023-2024学年高二下学期期末考试)在化学工业中,一氧化碳是一碳化学的基础。作为合成气和各类煤气的主要组分,一氧化碳是合成一系列基本有机化工产品和中间体的重要原料。 1．在容积为2L密闭容器中发生反应2CO(g)＋2NO(g)2CO2(g)＋N2(g) ΔH＝-746.4kJ·mol−1。起始反应时NO和CO各为4 mol，10 s后达到化学平衡，测得N2为1mol，下列有关反应速率的说法正确的是__________。 A．反应前5 s内，v(NO)=0.1 mol·L-1· s-1 B．平衡后，升高温度，v正减小，v逆增大 C．达到平衡后，化学平衡常数K=0.5 D．该反应正反应的活化能大于逆反应的活化能 【答案】C 【解析】A项，10s后反应达到化学平衡时，氮气的物质的量为1mol，则5s时反应未达到平衡，反应前5 s内，一氧化氮的反应速率大于=0.1 mol/(L·s)，故A错误；B项，反应达到化学平衡后，升高温度，正、逆反应速率均增大，故B错误；C项，10s后反应达到化学平衡时，氮气的物质的量为1mol，由方程式可知，平衡时一氧化氮、一氧化碳、氮气和二氧化碳的浓度分别为=1mol/L、=1mol/L、=0.5mol/L、=1mol/L，则反应的平衡常数K==0.5，故C正确；D项，由方程式可知，该反应是反应物总能量大于生成物的放热反应，所以反应的正反应的活化能小逆反应的活化能，故D错误；故选C。 2．处理、回收CO是环境科学家研究的热点话题。CO用于处理大气污染物N2O发生反应为：CO(g)＋N2O(g)CO2(g)＋N2(g) ΔH＝-365kJ·mol−1。上述反应分为两步进行： 第一步：Fe++N2OFeO++N2； 第二步：FeO++COFe++CO2，第二步反应不影响总反应达到平衡所用的时间。 下列说法不正确的是__________。 A．FeO+是该反应的催化剂，且参加了化学反应 B．第一步中Fe+与N2O的碰撞仅部分有效 C．第二步反应速率大于第一步反应速率 D．增大CO浓度可显著增大处理N2O的速率 【答案】AD 【解析】A项，将第一步、第二步相加可得总反应，可以将消去Fe+，所以Fe+是该反应的催化剂，FeO+是中间产物，不是催化剂，A错误；B项，由题意知，第二步反应不影响总反应达到平衡所用的时间，所以第二步为快反应，第一步为慢反应，则第一步中反应物之间的碰撞仅部分有效，B正确；C项，第二步为快反应，第一步为慢反应，第二步反应速率大于第一步反应速率，C正确；D项，根据题意，第二步反应不影响总反应达到平衡所用的时间，处理N2O的反应速率只与第一步反应有关系，CO在第二步反应中使用，则增大CO的浓度不能提高处理N2O的反应速率，D错误；故选AD。 3．在容积为1L的密闭容器中、充入1molCO2(g)和3molH2O(g)，在500℃下发生反应，CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)，实验测得CO2和CH3OH(g)的物质的量(n)随时间变化如图所示： (1)下列措施不能使CO2转化率增大的是___________。 A．在原容器中再充入1molH2(g) B．在原容器中再充入1molCO2(g) C．将水蒸气从体系中分离出 D．使用更高效的催化剂 (2)从反应开始到平衡，氢气的平均反应速率v(H2)=_______mol/(L·min)。 (3)500℃该反应的平衡常数为___________；下图是改变温度时化学反应速率随时间变化示意图，若降低温度到400℃进行，达到平衡时，值___________(选填“增大”“减小”或“不变”)。 (4)500℃条件下，测得某时刻，CO2(g)、H2(g)、CH3OH(g)、H2O(g)浓度为0.4 mol·L－1则此时v正_______v逆(选填“>”“<”或“=”)。 【答案】(1)B (2)0.225 (3)①5.3 ②增大 (4)< 【解析】(1)A项，向原容器中再充入氢气，反应物的浓度增大，平衡向正反应方向移动，二氧化碳的转化率增大，故不符合题意；B项，向原容器中再充入二氧化碳，反应物的浓度增大，平衡向正反应方向移动，但二氧化碳的转化率减小，故符合题意；C项，将水蒸气从体系中分离出来，生成物浓度减小，平衡向正反应方向移动，二氧化碳的转化率增大，故不符合题意；D项，使用更高效的催化剂可以加快反应速率，但化学平衡不移动，二氧化碳的转化率不变，故不符合题意；故选B； (2)由图可知，500℃条件下，10min反应达到平衡时，甲醇的物质的量为0.75mol，则由方程式可知，从反应开始到平衡，氢气的反应速率为=0.225 mol/(L·min)； (3)由图可知，500℃条件下，10min反应达到平衡时，甲醇、二氧化碳的物质的量分别为0.75mol、0.25mol，则平衡时氢气和水蒸气的物质的量为3mol—0.75mol×3=0.75mol、0.75mol，反应的平衡常数K=≈5.3；由图可知，升高温度，正逆反应速率都增大，逆反应速率大于正反应速率，说明平衡向逆反应方向移动，该反应为放热反应，所以降低温度到400℃进行，达到平衡时，平衡常数增大； (4)由题意可知，500℃条件下反应进行时，反应的浓度熵Qc==6.25＞K=5.3，所以在500℃时反应向逆反应方向进行，逆反应速率大于正反应速率。 考向5 能源化学 (上海市嘉定一中2023-2024学年第二学期期末质量检测高二(等级))1．在Ni基催化剂作用下，可将含碳温室气体转化为CO。 (1)Ni能与CO 形成正四面体形的配位分子 Ni(CO)4， 该分子属于____。 A．极性分子 B．非极性分子 (2)1molNi(CO)4中含有____molσ键。 (3)已知CO的燃烧热为-283kJ·mol⁻¹， H2的燃烧热为-286kJ·mol⁻¹用 CH4和CO2反应所得的合成气(CO与H2的混合气体)的热值(单位：MJ·m-3)为_______。(写出计算过程，体积按标准状况计算， 【答案】(1)B (2)8NA (3)12.7 【解析】(1)Ni能与CO 形成正四面体形的配位分子 Ni(CO)4，正四面体形分子正负电荷中心重合，属于非极性分子，故选B； (2)Ni能与CO 形成正四面体形的配位分子 Ni(CO)4，该分子中存在4个配位键、每个CO分子中含有1个σ键和2个π键，配位键也属于σ键，该分子中含有8个σ键，1mol Ni(CO)4含σ键数目为8NA； (3)用 CH4和CO2反应得到CO与H2的混合气体，反应方程式为：CH4+CO2=2CO+2H2，生成的CO和H2物质的量相等，假设产生1molCO和1molH2，1molCO完全燃烧放热283kJ，1molH2完全燃烧放热286kJ，共放热283kJ+286kJ=569kJ，标准状况下，1molCO和1molH2总体积是44.8L，故热值为。 2．一定条件下，CH4和CO2都能与H2O形成笼状结构的水合物晶体(如图)，相关参数如下表所示。 分子直径/nm 分子与H2O的结合能E /kJ·mol⁻l CH4 0.436 16.40 CO2 0.512 29.91 (1)“可燃冰”中分子间存在的作用有______。 (2)为开采深海海底的“可燃冰”，有科学家提出用CO2置换CH4的设想。已知上图中笼状结构的空腔直径为0.586 nm，根据上述图表，从物质结构及性质的角度分析，该设想的依据是_______。 【答案】(1)分子间作用力、氢键 (2)CH4和CO2都能与H2O形成笼状结构，在笼状结构内部含有CO2或CH4分子，由于分子直径较大的CO2分子直径为0.512 nm，故图中笼状结构的空腔直径要大于，可以为0.586 nm。 【解析】(1)CO2分子间存在分子间作用力、水分子之间存在氢键和分子间作用力，所以CO2水合物分子间存在的作用力是分子间作用力和氢键； (2)CH4和CO2都能与H2O形成笼状结构，在笼状结构内部含有CO2或CH4分子，由于分子直径：CO2：0.512 nm，CH4：0.436 nm，所以笼状结构的空腔直径要大于CO2分子的直径，故空腔直径可以为0.586 nm。 3．发射卫星时可用 N2H4燃料，实验室可用如下装置，在碱性条件下合成N2H4： (1)完成装置 B 中发生反应的离子方程式(化学计量数为 1 则省略)：____， ______NH3+______ClO-=______N2H4+ ______ ______。 (2)装置 A 试管中的试剂为_______；仪器 a 的作用是_______。 (3)装置 C 中每生成 112mL(折算至标准状况)气体，转移电子数目为______； 仪器b 的导管作用为_______。 (4)上述装置中存在一处缺陷，会导致肼的产率降低，改进方法是______。 【答案】(1)Cl2+2OH-Cl-+ ClO-+H2O；2NH3+ClO-=N2H4+Cl-+H2O (2)①NH4Cl、Ca(OH)2 ②防倒吸 (3)①0.005NA ②平衡气压，使盐酸顺利滴下 (4)B、C之间增加盛有饱和食盐水的洗气瓶 【解析】装置A加热氯化铵和氢氧化钙混合物制取氨气，装置C浓盐酸和漂白粉发生反应制取氯气，氨气和次氯酸钠在碱性条件下发生反应，生成N2H4。 (1)C中浓盐酸和漂白粉反应生成Cl2，Cl2和氢氧化钠反应生成NaCl、NaClO、H2O离子方程式为：Cl2+2OH-Cl-+ ClO-+H2O；NH3失去电子生成N2H4，ClO-得电子生成Cl-，离子反应为2NH3+ClO-=N2H4+Cl-+H2O； (2)装置A用于制取氨气，选用的药品为氯化铵和氢氧化钙。仪器a有缓冲作用，能防倒吸； (3)，C中的反应方程式为，则有关系式，转移电子物质的量是0.005mol，转移电子数是0.005NA，仪器b能平衡气压，使盐酸顺利滴下； (4)挥发的HCl能和NaOH溶液反应而降低B溶液的碱性，所以应该用饱和食盐水除去氯气中的HCl，则改进方法为：B、C之间增加盛有饱和食盐水的洗气瓶。 考向6 埃林汉姆图与金属冶炼 (上海市复兴高级中学2023~2024学年第二学期期末考试高二年级化学(等级))埃林汉姆图，由英国物理化学家哈罗德·埃林汉姆于1944年最先制作，在冶金工业中可用于评估氧化物的热稳定性。 1．埃林汉姆图像中，每条直线代表该反应吉布斯自由能(ΔG=ΔH-TΔS)与温度的关系。 (1)反应C(s)＋O2(g)CO2(g)在埃林汉姆图中的斜率近似为0，请简述原因______。 (2)结合图像推测，若以Al2O3为原料，理论上______用热分解法获得铝单质。 A．可以 B．不可以 (3)工业中，以Al2O3为原料，采用电解法冶炼金属铝，在______极获得铝单质。 A．正 B．负 C．阳 D．阴 (4)写出阳极的电极方程式______。 (5)若电解一段时间后，收集到标况下56L气体，则这段时间内电路中转移的电子数目为______个。 (6)写出以HgO为原料，冶炼金属Hg的化学方程式____________。 【答案】(1)埃林汉姆图中的直线斜率代表反应的ΔS，而该反应前后气体分子数相同，即反应的ΔS几乎为0，故斜率近似为0 (2)A (3)D (4)2O2-4e-=O2 (5)10NA (6)2HgO2Hg+ O2↑ 【解析】(1)反应C(s)＋O2(g)CO2(g)在埃林汉姆图中的斜率近似为0，原因为埃林汉姆图中的直线斜率代表反应的ΔS，而该反应前后气体分子数相同，即反应的ΔS几乎为0，故斜率近似为0。 (2)结合图像，铝和氧气的反应在一定温度下可以自发进行，理论上，Al2O3分解制取铝也可以在一定温度下自发进行，则理论上可以用热分解法获得铝单质，故选A。 (3)工业中，以Al2O3为原料，采用电解法冶炼金属铝，其中铝离子得到电子生成Al，故在阴极获得铝单质，故选D。 (4)以Al2O3为原料，采用电解法冶炼金属铝，阳极上氧离子失去电子生成氧气，电极方程式2O2-4e-=O2。 (5)若电解一段时间后，收集到标况下56L气体，可知该气体为氧气，其物质的量为，根据2O2-4e-=O2，则这段时间内电路中转移的电子数目为个。 (6)以HgO为原料，可以通过热分解法冶炼金属Hg，化学方程式2HgO2Hg+ O2↑。 2．高炉炼铁的原理为：Fe2O3(s)＋3CO(g)2Fe(s)＋3CO2(g)，若该反应在体积固定的密闭容器中进行，在一定条件下达到平衡状态。 (1)若如果改变下列条件后，再次达到平衡，分析下列物理量与原平衡相比的大小关系 ①增大容器的体积，混和气体的密度______(选填A、B或C，下同)。 ②再通入适量气体，的转化率______。 A．增大 B．减小 C．不变 (2)高炉炼铁可得到含碳量在2.11%~4.3%的生铁，写出生铁在中性环境下发生电化学腐蚀时，碳电极表面发生的电极方程式______。 【答案】(1)①B ②C (2)O2+2H2O+4e-=4OH- 【解析】(1)①反应前后气体物质的量不变，增大容器的体积，平衡不移动，气体的总质量不变，体积增大，混和气体的密度减小，故选B；②再通入适量CO气体，等效于压缩气体体积，反应前后气体物质的量不变，平衡不移动，CO的转化率不变，故选C； (2)生铁在中性环境下发生电化学腐蚀时，碳电极表面氧气得到电子结合水生成氢氧根离子，发生的电极方程式O2+2H2O+4e-=4OH-。 考向7 苯乙烯 (上海市二中学2023~2024学年第二学期高二化学等级期末)苯乙烯是有机合成领域中的重要原料，来源于煤化工和石油化工。 1．苯乙烯中至少有_______个碳原子共平面。 A．5 B．6 C．7 D．8 【答案】C 【解析】主要考查苯环和烯烃原子共面，掌握苯环中有12个原子共面，乙烯中6个原子共面基本原理。根据苯环中6个碳原子共面以及连接苯环上的乙烯基上可以由两个碳原子共面，所以推出至少有7个碳原子共面，故选C； 2．科学家提出了以乙苯为原料制备苯乙烯的机理，如下图所示。(Ph-代表苯基，*代表吸附态) 虚线框内，化学反应速率最小的一步活化能的值为_______ kJ/mol。 【答案】63.5 【解析】由图可知，该反应为：i→ii→iii，共2步反应，活化能越大，反应速率越慢，则虚线框内化学反应速率最慢的一步为i变为过渡态1，活化能最大，值为(86.6-23.1)kJ/mol=63.5 kJ/mol。 乙苯催化脱氯是目前苯乙烯的主要制备方法，科学家使用特定催化剂，联用下面两个反应高效制备苯乙烯： Ⅰ. K1 Ⅱ. CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) K2 3．反应Ⅱ的平衡常数K2的表达式为K2=_______。 4．总反应为：。 总反应的平衡常数K=_______。(用K1、K2的代数式表示) 5．一定温度下，在一恒容密闭容器中充入2mol乙苯和2molCO2(g)。 (1)达到平衡后，容器中所有物质的总物质的量变为，则乙苯的转化率为_______。 (2)利用两种有机物气体的密度较大，采用合适的分离方式，将CO2(g)、H2O(g)、CO(g)从容器中抽去一半，此时容器内反应的v(正)_______ v(逆)。 A．大于 B．小于 C．等于 D．不能确定 【答案】3． 4．K1×K2 5． ① 50% ② A 【解析】3．CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)，则K2=； 4．总反应=反应Ⅰ+反应Ⅱ，因此K=K1×K2； 5．(1)依据题意，列三段式(单位/mol)： 依据题意得：4+x=5，x=1，则乙苯转化率=； (2)采用合适的分离方式，将CO2(g)、H2O(g)、CO(g)从容器中抽去一半，根据平衡常数表达式可知相当于是生成物浓度降低，溶度积常数减小，故v(正)＞v(逆)。故选A。 6．过氧化苯甲酰(C)是一种可用于治疗痤疮，可以苯乙烯为原料合成，合成路线如下： (1)物质A的结构简式为_______。 (2)反应③是可逆反应，反应类型为取代，会产生溶于水显酸性的无机小分子，书写反应③的反应式：_______。 (3)反应③中加入Na2CO3有利于提高过氧化苯甲酰的产率，从平衡移动的角度说明理由：_______。 (4)物质D为物质C的同分异构体，满足下列条件，书写一种物质D的结构简式：_______。 Ⅰ.含有酯基 Ⅱ.能发生银镜反应 Ⅲ.能使FeCl3显色 Ⅳ.含有6种等效氢，比例为1：1：2：2：2：2 【答案】(1) (2)2+2HCl (3)Na2CO3消耗产生的HCl，促使平衡正向移动 (4) 【解析】苯乙烯被酸性高锰酸钾氧化生成A(苯甲酸)，苯甲酸与COCl2发生取代反应生成B，B与双氧水、碳酸钠在催化剂条件下生成C。 (1)根据分析可知，A为苯甲酸，结构简式为，故答案为：。 (2)反应③是可逆反应，反应类型为取代，会产生溶于水显酸性的无机小分子，反应③的反应式：2+2HCl，故答案为：2+2HCl。 (3)根据分析可知，反应③会产生HCl，加入Na2CO3消耗产生的HCl，促使平衡正向移动，有利于提高过氧化苯甲酰的产率。 (4)C为，分子式为C14H10O4，不饱和度为10，物质D为物质C的同分异构体，满足下列条件，含有酯基，能发生银镜反应说明含有醛基或是含有甲酸酯基团，能使FeCl3显色说明含有酚羟基，含有6种等效氢，比例为1：1：2：2：2：2，满足条件的结构简式为：、、、、、、、、、、(任写一种即可)。 考向8 “一碳”化学 (上海市外国语附属学校2023-2024学年高二下学期期末)研究含有一个碳原子物质的化学称为“一碳”化学。 1．完成下列问题 (1)以CO2和H2为原料制取甲醇，在催化剂Cu/ZnO的作用下合成甲醇，该反应的热化学方程式为CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)。 ①该反应在___________(填“高温”、“低温”或“任意温度”)下易自发进行。 ②该反应分两步进行： 第一步：Cu/ZnO*+H2=Cu/Zn*+H2O   第二步：Cu/Zn*+H2+CO2=Cu/ZnO*+CH3OH 已知第二步反应几乎不影响总反应达到平衡所用的时间，由此推知以下能正确表示反应过程中能量变化的示意图为___________(填标号)。 A．B．C． D． (2)以CO和氢气为原料制备甲醇： CO(g)+ 2H2(g)CH3OH(g)，在一个密闭容器中，充入lmolCO和2molH2发生反应，测得平衡时H2的体积分数与温度、压强的关系如图1所示。 ①压强P1___________ P2(填“大于”或“小于”)。 ②a点条件下，H2的平衡转化率为___________，该温度下达到平衡后，在容积不变的条件下再充入mol CO和mol CH3OH，平衡___________(填“正向” “逆向”或“不”)移动，新平衡时的逆反应速率___________ (填“大于” “等于”或“小于”)原平衡。 (3)使用惰性电极通过电解原理也可以制取甲醇，其反应装置如图所示，则电极a应该接在电源的___________极(填“正”或“负”)；生成甲醇的电极反应式为___________。 【答案】(1)①低温 ②B (2)①小于 ②66.7% ③正向 ④大于 (3)①负 ②CO2+6e-+6H+=CH3OH+H2O 【解析】(1)①CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH＝-49kJ·mol−1是气体体积减小的放热反应，ΔS＜0，当ΔH-TΔS＜0时，反应能够自发进行，则该反应在低温下易自发进行； ②CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)可以分为两步：第一步：Cu/ZnO*+H2=Cu/Zn*+H2O ΔH＞0，第二步：Cu/Zn*+H2+CO2=Cu/ZnO*+CH3OH，第一步为吸热反应，反应物的总能量低于生成物，已知第二步反应几乎不影响总反应达到平衡所用的时间，说明第二步是快反应，活化能小于第一步反应，则能正确表示反应过程中能量变化的示意图为，故选B。 (2)①CO(g)+ 2H2(g)CH3OH(g)是气体体积减小的反应，增大压强，平衡正向移动，平衡时H2的体积分数减小，则压强P1小于P2；②根据a点数据列出“三段式” 平衡时H2的体积分数为=40%，解得x=，H2的平衡转化率为=66.7%，平衡常数K= ，该温度下达到平衡后，在容积不变的条件下再充入mol CO和mol CH3OH，Q=，平衡正向移动，反应物浓度增大，新平衡时的逆反应速率大于原平衡。 (3)由图可知，CO2在a极区得到电子生成CH3OH，a极为阴极，电极a应该接在电源的负极，根据得失电子守恒和电荷守恒配平电极方程式为：CO2+6e-+6H+=CH3OH+H2O。 2．甲胺是重要的化工原料，被广泛应用于国民经济各个领域，是农药、医药、橡胶等领域内的重要的基本化工原料。 (1)制取甲胺的反应为CH3OH(g)＋NH3(g)CH3NH2(g)＋H2O(g) ΔH。已知该反应中相关化学键的键能数据如下： 共价键 C-O H-O N-H C-N 键能/kJ·mol-1 351 463 393 293 则该反应的ΔH=___________。 (2)甲胺(CH3NH2)是一种弱碱，可与盐酸反应生成盐酸盐(用CH3NH3Cl表示)。下列叙述正确的是___________。 A．CH3NH3Cl在水中的电离方程式为：CH3NH3ClCH3NH3++Cl- B．0.01 mol/L CH3NH2水溶液的 pH=12 C．0.1 mol/L CH3NH2水溶液加水稀释，pH降低 D．CH3NH3Cl水溶液中：c(Cl-)>c(H+)>c(CH3NH3+)>c(OH- ) (3)与甲胺类似，氨基酸也能与酸反应，请结合官能团性质解释甘氨酸(H2NCH2COOH)的熔点高于分子量相近的丙酸(CH3CH2COOH)和丁胺(CH3CH2CH2NH2)的原因：___________。 【答案】(1)-12 kJ/mol (2)C (3)甘氨酸(H2NCH2COOH)分子中羧基和氨基均能形成氢键，而丙酸、丁胺中只有1个官能团形成氢键，形成氢键数目小于甘氨酸 【解析】(1)反应热等于断裂反应物化学键吸收的总能量与形成生成物化学键释放的总能量的差，则反应为CH3OH(g)+NH3(g)CH3NH2(g)+H2O(g)的反应热ΔH=[3×E(C-H)+351+463+3×393]kJ/mol-[ 3×E(C-H)+293+2×393+2×463]kJ/mol=-12 kJ/mol； (2)A项，CH3NH3Cl是盐，在水中完全的电离，电离方程式为：CH3NH3Cl= CH3NH3++Cl-，A错误； B项，甲胺是一种弱碱，其在水溶液中只有部分分子发生电离，则0.01mol/L CH3NH2水溶液的pH＜12，B错误；C项，甲胺(CH3NH2)是一种弱碱，水溶液加水稀释，碱性变弱，pH降低，C正确；D项，CH3NH3Cl水溶液中主要存在Cl-和CH3NH3+，CH3NH3+会发生水解使得溶液显酸性，故c(Cl-)> c(CH3NH3+)>c(H+)> c(OH-)，D错误；故选C。 (3)甘氨酸(H2NCH2COOH)分子中羧基和氨基均能形成氢键，而丙酸、丁胺中只有1个官能团形成氢键，形成氢键数目小于甘氨酸，故甘氨酸(H2NCH2COOH)的熔点高于分子量相近的丙酸、丁胺。 24 / 24 学科网（北京）股份有限公司 $$