专题13 化学反应原理的综合应用 题组1-【区块练】2021-2025年五年高考真题分类汇编化学

色学科网书城四 品牌书店·知名教辅·正版资源 5.2xXk.c0m○ 您身边的互联网+教辅专家 专题13 题班级： 化学反应原理的综合应用 组 姓名： 学号： 一、选择题 1.(2025·河南卷)在MoS2负载的Rh-Fe催化剂作用下，CH4可在室温下高效转化为 CH COOH,其可能的反应机理如图所示。 CHCOOH C0+O CH OH O CH COOH 下列说法错误的是() A.该反应的原子利用率为100% B.每消耗1molO2可生成1 mol CH3COOH C.反应过程中，Rh和Fe的化合价均发生变化 D.若以CD4为原料，用H2O吸收产物可得到CD,COOH 2.(2025·江苏卷)CO2与NO-3通过电催化反应生成CONH22,可能的反应机理如图所示 (图中吸附在催化剂表面的物种用“*”标注)。下列说法正确的是() *CO2+*NO H',e C02 nor CO(NH2) *CO(NH2)2 A.过程Ⅱ和过程Ⅲ都有极性共价键形成 B.过程Ⅱ中NO-3发生了氧化反应 C.电催化CO2与NO-3生成CONH22的反应方程式：CO2十2NO-3+18H+=通电催 化剂CO0NH2)2+7H2O D.常温常压、无催化剂条件下，CO2与NH3HO反应可生产CONH22 3.(2024河北卷)下列说法错误的是( A.放电时，电池总反应为2CO2十Mg一MgC2O4 独家授权侵权必究 色学科网书城四 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.ZXXk.com○ 您身边的互联网+教辅专家 B充电时，多孔碳纳米管电极与电源正极连接 C.充电时，电子由Mg电极流向阳极，Mg2+向阴极迁移 D.放电时，每转移1mol电子，理论上可转化1 mol CO2 4.(2023山东卷)（双选）一定条件下，化合物E和TFAA合成H的反应路径如下： OH +FC CF,-CF3C02H TFAA OOCCF COCF +CFCO2H NH -CF COH G H FC O CF TFAA 已知反应初始E的浓度为0.10molL-1,TFAA的浓度为0.08molL-1,部分物种的浓度 随时间的变化关系如图所示，忽略反应过程中的体积变化。下列说法正确的是() 0.10 0.10 0.089 0.08 H 0.06 0.04 TFAA 0.02 0.02 G 0 0 t/s A时刻，体系中有E存在 B.时刻，体系中无F存在 C.E和TFAA反应生成F的活化能很小 D.反应达平衡后，TFAA的浓度为0.08molL-1 5.(2023·湖南卷)N2H4是一种强还原性的高能物质，在航天、能源等领域有广泛应用。我 国科学家合成的某Ru(IⅡ)催化剂（用[L-Ru一NH3]+表示）能高效电催化氧化NH3合成N2H4,其 反应机理如图所示。 独家授权侵权必究 色学科网书城四 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.zxXk.c0m● 您身边的互联网+教辅专家 2L-Ru-NHs 2NH 2e H N-Ru-L7* 2[L-Ru-NH.]* L-Ru一N H 2NH 2NH 2L-Ru-NH2]' 2L-Ru-NH2] (M) 下列说法错误的是( ARu(Ⅱ)被氧化至Ru(D后，配体NH3失去质子能力增强 B.M中Ru的化合价为+3 C.该过程有非极性键的形成 D.该过程的总反应式：4NH3-2e—NH4十2NH+4 二、非选择题 6.(2023·浙江卷1月)二十大报告提出，要积极稳妥推进碳达峰、碳中和，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:CHa(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)AH1=+247kJmol-1,K1 IⅡ：CO2(g)+H2(g)gO(g)+H2O(g)△H2=+41 kJ-mol-1,K2 请回答： (1)有利于提高CO2平衡转化率的条件是 (填字母)。 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△H= kJmol-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（主要产物己 标出)可实现CO2高效转化。 CH+CO2 CaCO Fe He 公 CaO CO+He CO+H2+CO2 FeO HO 图1 ①下列说法正确的是 (填字母) A.FeO4可循环利用，CaO不可循环利用 B.过程i,CaO吸收CO2可促使FeO4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i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H©，测得一段时间内CO物质的量上升，根据过程ii,结合平衡移动 原理，解释CO物质的量上升的原因： 独家授权侵权必究 色学科网书城四 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.zxxk.com 您身边的互联网+教辅专家 (4)CH4还原能力(R)可衡量CO2转化效率，R=△n(CO2)△n(CH)(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CH3和CO2的转化率随温 度变化如图2，请在图3中画出400~1000℃间R的变化趋势.并标明1000℃时R值。 100 (1000,100) 80 CH 。(400,2.1) ● R C0,1000,60 20 2004006008001000 400 6008001000 温度/℃ 温度/℃ 图2 图3 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 (填字母)。 AR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，CH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 7.(2022全国甲卷)金属钛(T)在航空航天、医疗器械等工业领域有着重要用途。目前生产 钛的方法之一是将金红石(TO2)转化为TiCL4,再进一步还原得到钛。回答下列问题： (1)TiO2转化为TiCL4有直接氯化法和碳氯化法。在1000℃时反应的热化学方程式及其 平衡常数如下： (i)直接氯化： TiOz(s)+2C2(g)—TiCL4(g)+O2(g)△H1=172 kJmol-1,Kp1=1.0×10-2 (ⅱ)碳氯化： TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s)=TiCl(g)++2CO(g)AH2=-51 kJmol-1,Kp2=1.2X1012 Pa ①反应2C(s)+O2(g)—2COg)的△H为kJ-mol--1.K,=Pa。 ②碳氯化的反应趋势远大于直接氯化，其原因是 ③对于碳氯化反应：增大压强，平衡 (填“向左”“向右”或“不”)移动；温度 升高，平衡转化率 (填“变大”“变小”或“不变”)。 (2)在1.0×105Pa,将TiO2、C、C2以物质的量比1：2.2：2进行反应。体系中气体平衡 4 独家授权侵权必究 色学科网书城四 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.zxxk.com 您身边的互联网+教辅专家 组成比例（物质的量分数）随温度变化的理论计算结果如图所示。 0.7 C02 --TiCl 0.6 =●-0 一Cl2 0.5 ☒0.4 喜3y 0.21 0.1 --- 0.0 0 2004006008001000120014001600 温度/℃ ①反应C(s)十CO2(g)一2COg)的平衡常数K,(1400℃)= Pa ②图中显示，在200℃平衡时TO2几乎完全转化为TiCL4,但实际生产中反应温度却远高 于 此 温 度 其 原 因 是 (3)TO2碳氯化是一个“气一固一固”反应，有利于TO2C“固一固”接触的措施是 8.(2021广东卷)我国力争于2030年前做到碳达峰，2060年前实现碳中和。CH4与C02 重整是CO2利用的研究热点之一。该重整反应体系主要涉及以下反应： a)CH(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)AH b)CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)AH2 c)CH(g)(s)+2H2(g)AH3 d)2CO(g)CO2(g)+C(s)AH4 e)CO(g)+H2(g)H2O(g)+C(s)AHIs (1)根据盖斯定律，反应a的△H1= (写出一个代数式即可) (2)上述反应体系在一定条件下建立平衡后，下列说法正确的有 (填字母)。 A.增大CO2与CH4的浓度，反应a、b、c的正反应速率都增加 B.移去部分Cs),反应c、d、e的平衡均向右移动 C加入反应a的催化剂，可提高CH4的平衡转化率 D.降低反应温度，反应a~e的正、逆反应速率都减小 (3)一定条件下，CH4分解形成碳的反应历程如图所示。该历程分 步进行，其中， 第 步的正反应活化能最大。 C+4H CH2+2H CH>+H CH+3H 反应进程 (④)设Kp为相对压力平衡常数，其表达式写法：在浓度平衡常数表达式中，用相对分压代 5 独家授权侵权必究 色学科网书城四 品牌书店·知名教辅·正版资源 6.ZxXk.com● 您身边的互联网+教辅专家 替浓度。气体的相对分压等于其分压（单位为kPa)除以poo=l00kPa)。反应a、c、e的n Kp随1T(温度的倒数)的变化如图所示。 16 8 0.2 -8 -16 a 0.8 A1.2 1.6 ×10/K- 1 ①反应a、c、e中，属于吸热反应的有（填字母）。 ②反应c的相对压力平衡常数表达式为Kp= ③在图中A点对应温度下、原料组成为n(CO2):n(CH4)=1:1、初始总压为100kPa的 恒容密闭容器中进行反应，体系达到平衡时H2的分压为40Pa。计算CH4的平衡转化率，写 出 计 算 过 程 (⑤)CO2用途广泛，写出基于其物理性质的一种用途： ·独家授权侵权必究 专题13　化学反应原理的综合应用 题组一 1.解析　由反应历程可知，总反应为2CO＋2CH4＋O2===2CH3COOH，该反应为化合反应，原子利用率为100%，A正确；由方程式可知，每消耗1 mol O2可生成2 mol CH3COOH，B错误；由反应历程可知，催化剂Rh­Fe有连接4个S原子和2个S原子的，这两种类型的原子成键数目均会发生改变，所以Rh和Fe的化合价均发生变化，C正确；若以CD4为原料，由反应历程可知，会生成CD3COOD，用H2O吸收产物时，其存在电离平衡：CD3COODCD3COO－＋D＋，CD3COO－结合水电离出的H＋可得到CD3COOH，D正确。 答案　B 2.解析　过程Ⅱ为*CO2和*NO在酸性条件下被还原为*CO和*NH2的反应，生成了N—H等极性共价键；过程Ⅲ为*CO与*NH2生成*CO(NH2)2的反应，生成了C—N极性共价键，A正确；过程Ⅱ是得电子的还原反应，N元素的化合价由＋5降为－2，C元素的化合价由＋4降为＋2，B错误；所给离子方程式电荷不守恒，根据反应机理图可知，过程Ⅱ需要外界提供电子，则正确的反应方程式为CO2＋2NO＋18H＋＋16e－CO(NH2)2＋7H2O，C错误；常温常压、无催化剂条件下，CO2与NH3·H2O反应生成(NH4)2CO3或NH4HCO3，D错误。 答案　A 3.解析　由题图知，该电池放电时CO2转化为MgC2O4，C得电子化合价降低，则多孔碳纳米管电极作正极，故Mg电极作负极，Mg失电子转化为Mg2＋。由上述分析知，放电时，电池的总反应为2CO2＋ Mg===MgC2O4，A正确；充电时多孔碳纳米管电极作阳极，与电源正极相连，B正确；充电时，Mg电极作阴极，电子由电源负极流向Mg电极，C错误；放电时，CO2中C由＋4价降为＋3价，故转移1 mol电子时，理论上转化1 mol CO2，D正确。 答案　C 4.解析　t1时刻TFAA浓度为0，则TFAA完全反应，消耗的E为0.08 mol·L－1，E剩余0.02 mol·L－1，故体系中有E存在，A正确；由题给反应路径和物料守恒知，体系中TFAA、G、F的总浓度应为0.08 mol·L－1，由题图知，t2时刻TFAA和G的浓度之和小于0.08 mol·L－1，则体系中一定存在F，B项错误；由图可知，反应刚开始TFAA的浓度就迅速减小为0，则E和TFAA的反应速率非常快，该反应的活化能很小，C正确；反应GH为可逆反应，反应达平衡后，TFAA会有一部分存在于G中，则达平衡后TFAA的浓度小于0.08 mol·L－1，D错误。 答案　AC 5.解析　图像分析 据图可知，Ru(Ⅱ)被氧化至Ru(Ⅲ)后，[L­Ru—NH3]2＋可与NH3反应生成[L­Ru—NH2]＋和NH，配体NH3失去质子能力增强，A项正确；结合图示可知，[L­Ru—NH3]2＋→[L­Ru—NH2]＋失去1个H，所带电荷数减1，则Ru化合价不变，与[L­Ru—NH2]＋相比，M中N含有1个单电子，所以Ru的化合价不是＋3，B项错误；据图可知，反应过程中有N—N非极性键的形成，C项正确；结合图示可知，总反应为4NH3－2e－===N2H4＋2NH，D项正确。 答案　B 6.解析　(1)反应Ⅰ为气体体积增大的吸热反应，反应Ⅱ为气体体积不变的吸热反应，ΔH>0，升高温度，平衡右移，CH4平衡转化率增大；减小压强，平衡右移，CH4平衡转化率增大，故有利于提高CO2平衡转化率的条件是高温低压；故选C。 (2)已知：Ⅰ：CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)　ΔH1＝＋247 kJ·mol－1，K1 Ⅱ：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)　ΔH2＝＋41 kJ·mol－1，K2 根据盖斯定律，由Ⅰ＋Ⅱ×2得反应：CH4(g)＋3CO2(g)4CO(g)＋2H2O(g)；故ΔH＝ΔH1＋2ΔH2＝＋329 kJ·mol－1，K＝K1·K； (3)①根据流程可知，Fe3O4转化为Fe，Fe又转化为Fe3O4，Fe3O4可循环利用；CaCO3受热分解生成CaO和CO2, CaO又与CO2反应生成CaCO3，CaO也可循环利用，A错误；过程ⅱ，CaO吸收CO2使CO2浓度降低，促进Fe3O4氧化CO的平衡正移，B正确；过程ⅱCaO吸收CO2而产生的H2O最终未被CaO吸收，在过程ⅲ被排出，C正确；焓变只与起始物质的量有关，与过程无关，故相比于反应Ⅰ，该流程的总反应还原1 mol CO2需吸收的能量一样多，D错误；②通入He，CaCO3分解平衡正移，导致增大，促进Fe还原CO2平衡正移，故过程ⅱ平衡后通入He，测得一段时间内CO物质的量上升。 (4)①600 ℃以下，甲烷转化率随温度升高增大程度大于二氧化碳转化率，该阶段R减小，600 ℃以上，二氧化碳转化率随温度升高增大程度大于甲烷转化率，该阶段R增大，根据图1可知1 000 ℃时，CH4转化率为100%，即Δn(CH4)＝1 mol, CO2转化率为60%，即Δn(CO2)＝3 mol×60%＝1.8 mol，故R＝Δn(CO2)/Δn(CH4)＝＝1.8，故400～1 000 ℃间R的变化趋势如图： ②R值提高是由于催化剂X选择性地提高反应Ⅱ的速率，使单位时间内反应Ⅱ中CO2的转化率增大，Δn(CO2)增大的倍数比Δn(CH4)大，则R提高，A正确；根据表中数据可知，温度越低，CH4转化率越小，而R越大，Δn(CO2)增大的倍数比Δn(CH4)大，含氢产物中H2O占比越高，B正确；温度升高，CH4转化率增加，CO2转化率也增大，且两个反应中的CO2转化率均增大，增大倍数多，故R值增大，C不正确；由表中数据可知，改变催化剂提高CH4转化率，R值不一定增大，D正确。 答案　(1)C　(2)＋329　K1·K (3)①BC　②通入He，CaCO3分解平衡正移，导致增大，促进Fe还原CO2平衡正移 (4)①　②C 7.解析　(1)①根据盖斯定律，将“反应ⅱ－反应ⅰ”得到反应2C(s)＋O2(g)===2CO(g)，则ΔH＝－51 kJ/mol－172 kJ/mol＝－223 kJ/mol；则Kp＝＝＝1.2×1014 Pa。 ②碳氯化的反应趋势远大于直接氯化，因为碳氯化反应气体分子数增加，ΔH小于0，是熵增、放热过程，熵判据与焓判据均是自发过程，而直接氯化的体系气体分子数不变、且是吸热过程； ③对应碳氯化反应，气体分子数增大，依据勒夏特列原理，增大压强，平衡向气体分子数减少的方向移动，即平衡向左移动；该反应是放热反应，温度升高，平衡向吸热方向移动，即向左移动，则平衡转化率变小。 (2)①从图中可知，1 400 ℃，体系中气体平衡组成比例CO2是0.05，TiCl4是0.35，CO是0.6，反应C(s)＋CO2(g)===2CO(g)的平衡常数Kp(1 400 ℃)＝＝ Pa＝7.2×105 Pa； ②实际生产中需要综合考虑反应的速率、产率等，以达到最佳效益，实际反应温度远高于200 ℃，就是为了提高反应速率，在相同时间内得到更多的TiCl4产品。 (3)固体颗粒越小，比表面积越大，反应接触面积越大。有利于TiO2C“固—固”接触，可将两者粉碎后混合，同时鼓入Cl2，使固体粉末“沸腾”，增大接触面积。 答案　(1)①－223　1.2×1014　②碳氯化反应气体分子数增加，ΔH小于0，是熵增、放热过程，熵判据与焓判据均是自发过程，而直接氯化的体系气体分子数不变、且是吸热过程　③向左　变小 (2)①7.2×105　②为了提高反应速率，在相同时间内得到更多的TiCl4产品，提高效益 (3)将两固体粉碎后混合，同时鼓入Cl2，使固体粉末“沸腾” 8.解析　(1)根据题目所给出的反应方程式关系可知，a＝b＋c－e＝c－d，根据盖斯定律则有ΔH1＝ΔH2＋ΔH3－ΔH5＝ΔH3－ΔH4。(2)增大CO2和CH4的浓度，对于反应a、b、c来说，均增大了反应物的浓度，反应的正反应速率增大，A正确；移去部分C(s)，没有改变反应体系中的压强，反应的正逆反应速率均不变，平衡不移动，B错误；催化剂可以同等条件下增大正逆反应速率，只能加快反应进程，不改变反应的平衡状态，平衡转化率不变，C错误；降低温度，体系的总能量降低，正、逆反应速率均减小，D正确。(3)由图可知，反应过程中能量变化出现了4个峰，即吸收了4次活化能，经历了4步反应；且从左往右看4次活化能吸收中，第4次对应的峰最高，即正反应方向第4步吸收的能量最多，对应的正反应活化能最大。(4)①随着温度的升高，反应a和c的ln K增大，说明K的数值增大，反应向正反应方向进行，反应a和c为吸热反应，同理反应e的ln K减小，说明K的减小，反应向逆反应方向进行，反应e为放热反应；②用相对分压代替浓度，则反应c的平衡常数表达式K＝；③由图可知，A处对应反应c的ln K＝0，即K＝＝1，解方程的p2H2＝pCH4，已知反应平衡时pH2＝40 kPa，则有pCH4＝16 kPa，且初始状态时pCH4＝×100 kPa＝50 kPa，故CH4的平衡转化率为×100%＝68%。(5)固态CO2即为干冰，干冰用于制冷或人工降雨均是利用其物理性质。 答案　(1)ΔH2＋ΔH3－ΔH5或ΔH3－ΔH4 (2)AD　(3)4　4　(4)①ac　②　③68%　计算过程见解析　(5)作冷冻剂(或人工降雨) 学科网（北京）股份有限公司 $