题型04 化学反应原理综合应用（期末真题汇编，浙江专用）高二化学上学期

题型04 化学反应原理综合应用 1．(2024-2025高二上·浙江省杭州九中·期末)我国力争于2030年前做到碳达峰、2060年前实现碳中和，体现了中国对解决气候问题的担当。CO2是目前大气中含量最高的一种温室气体。因此，控制和治理CO2是解决温室效应的有效途径，CO2捕获与CO2重整是CO2利用的研究热点， (1)在催化剂作用下，可用CO2与H2反应制取甲酸。已知： 共价键 键能/( kJ·mol−1) 799 343 436 463 413 则CO2(g)＋H2(g)HCOOH(g) ΔH= kJ·mol−1。 (2)在刚性密闭容器中，HCOOH平衡时的体积分数随投料比的变化如图所示： ①图中、表示不同的反应温度。判断 (填“>”“<”或“=”)； ②图中a= ； ③A、B、C三点CO2(g)的平衡转化率、、，由大到小的顺序为 ； (3) CO2可以被NaOH溶液捕获，若所得溶液pH=13，CO2主要转化为 (写离子符号)。 2．(2024-2025高二上·浙江省杭州拱墅区源清中学·期末)合成氨是人类科学技术上的一项重大突破。 (1)已知：化学键H-H、N≡N、N-H的键能分别为436、946、391(单位kJ·mol−1)，则N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝ kJ·mol−1，该反应自发进行的条件是 。 (2)有关合成氨工艺说法正确的是___________。 A．工业合成氨反应温度远高于室温，是为了保证尽可能高平衡转化率和反应速率 B．当断裂1molN≡N键的同时断裂6mol N - H键，则说明合成氨反应已达平衡 C．为提高原料中H2转化率，应向反应器中加入适当过量的空气 D．通过使用催化剂和分离液态氨气等措施，均有利于更多更快地生产氨气 (3)研究表明，合成氨在催化剂上可能通过下图机理进行(*表示催化剂表面吸附位，表示被吸附于催化剂的N2)。判断下述反应机理中，决速步骤为 (填括号内的序号)，理由是 。 (i) (ii) (iii) (iv) (v)……(…) (4)某温度下，合成氨进料组成为气体物质的量分数、、，保持体系压强不变，当反应达到平衡时，测得，若用各物质的平衡分压代替平衡浓度(分压总压×气体的物质的量分数)，计算该温度下，反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)的平衡常数Kp= (MPa)-2。 (5)实际工业生产中，反应往往未达平衡时就将产物分离进行下一步操作。保持其他条件不变，合成氨反应的速率及平衡时体系中NH3的物质的量分数随温度的变化曲线如图1和图2所示。请在图2中画出时，经历相同时间后体系中氨气的物质的量分数示意图 。 3．(2024-2025高二上·浙江省杭州九中·期末)I．完成下列问题 (1)为探究不同催化剂对CO和H2生成CH3OH的选择性效果，某实验室控制CO和H2的初始投料比为1：3进行实验，得到如下数据下表和下图： T/K 时间/min 催化剂种类 甲醇的含量(%) 450 10 CuO-ZnO 78 450 10 CuO-ZnO- 88 450 10 ZnO- 46 由上表可知，该反应的最佳催化剂为 ；下图是的转化率与温度的关系，且最高转化率对应温度为T1，则a、b、c、d四点对应是该温度下的CO平衡转化率的有 。 (2)已知1000℃，反应CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) K4=1.0，该温度下，在某时刻体系中、H2O、CO2、H2的浓度分别为3 mol·L-1、1 mol·L-1、4 mol·L-1、2 mol·L-1，则此时上述反应的 (填“<”“=”或“>”)。 II．工业生产中可以以CO2与H2为原料制备清洁能源甲醇：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(l)。 (3)该反应的平衡常数表达式为 。 (4)一定温度下，在固定容积的密闭容器中发生上述反应，下列能判断该反应达到平衡状态的是___________。 A．容器中的压强不再改变 B．混合气体的密度不再改变 C． D．CO2与H2O的物质的量之比保持不变 4．(2024-2025高二上·浙江省杭州九中·期末)二氧化碳的资源化利用有利于碳中和目标实现。请回答下列问题： (1) CO2加氢合成甲醇以及甲醇脱水生成二甲醚的热化学方程式如下： CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH＝-49.0kJ·mol−1 2CH3OH(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g) ΔH＝-23.5kJ·mol−1 则2CO2(g)＋6H2(g)CH3OCH3(g)＋3H2O(g)的ΔH＝ kJ·mol−1。该反应 (填“自发进行”或“非自发进行”或“高温自发”或“低温自发”)。 (2)法国化学家Paul Sabatier提出并命名的“Sabatier反应”实现了CO2甲烷化，在一定条件下，CH4分解形成碳的反应历程如图所示，其中决定反应速率的是第 步反应。 (3)航天员呼吸产生的CO2还可以利用Bosch反应：CO2(g)＋2H2(g)C(s)＋2H2O(g)代替Sabatier反应。在250℃时，向体积为2L恒容密闭容器中通入2molH2和1molCO2发生Bosch反应，测得容器内气压变化如图所示。 ①该温度下Bosch反应的Kp= kPa-1(Kp为用气体的分压来表示的平衡常数，分压=气体的体积分数×体系总压)。 ②在上图基础上画出其他条件相同，向体系加入催化剂时其压强随时间的变化曲线 。 5．(2024-2025高二上·浙江省湖州市·期末)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意义。 (1)已知在催化剂的作用下，利用CH4还原NO可消除氮氧化物的污染，其反应为CH4(g)＋4NO(g)2N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) ΔH＜0。催化剂的活性随温度变化的情况 如图甲所示，相同时间测得的转化率随反应温度变化的情况如图乙所示。 ①写出的转化率出现图乙所示变化的可能原因(催化剂未失活)： 。 ②在图乙中画出，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 。 (2)利用催化剂处理汽车尾气中的NO和CO的技术已投入实际使用，其反应为2CO(g)＋CO(g)2CO2(g)＋N2(g) ΔH＜0。某一恒容容器起始时只有2molNO和2molCO，平衡时测得混合气体中CO2的物质的量分数与温度(T)、压强(P)之间的关系图丙所示。 ①温度：T1 (填“<”或“>”) T2。 ②若恒温T1恒容条件下，测得平衡时混合气体的压强为p1kPa，则T1时NO的转化率为 ，该反应的平衡常数Kp= [对于气相反应，用某组分的平衡压强p(B)代替物质的量浓度c(B)也可表示平衡常数，记作Kp，，为平衡体系中的物质的量分数]。 ③下列说法正确的是 (填字母)。 A．增大催化剂的比表面积可以提高NO的平衡转化率 B．v正(NO)=2v逆(N2)时，反应达到最大限度 C．充入一定量的氦气有利于提高反应速率 D．实际过程中适当升高温度有利于提高NO的去除率 ④一种焦炭催化CO还原NO反应的历程如下，请补充完整(“*”表示吸附态)： I．；Ⅱ．；Ⅲ． ； Ⅳ．；V。 。 6．(2024-2025高二上·宁波市奉化区·期末)氨是重要的化工产品，其生产流程如图(1)所示，合成原理为：N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH＝-92.4kJ·mol−1，请回答下列问题： (1)已知：298K时相关物质的标准熵数据如下表： 化学式 N2(g) H2(g) NH3(g) 标准熵：S/(J·mol-1·K-1) 191.2 130.7 192.8 计算合成氨反应的熵变ΔS= J·mol-1·K-1，综合考虑焓变和熵变，合成氨反应在 条件下有利于反应自发进行。 (2)下列说法正确的是_______。 A．利用压缩机进行加压有利于更快更多的生产氨气 B．热交换器可以冷却进入的原料气，防止催化剂过热 C．当断裂1mol N≡N键的同时生成2mol N—H键则说明合成氨反应已达平衡 D．通过使用催化剂和分离液态氨气等措施，可以提高反应的平衡转化率 (3)某学习小组在一恒容密闭容器中按照n(H2)：n(N2)=3：1通入原料气模拟合成氨反应，测得容器内压强变化如下表： 反应时间/min 0 5 10 15 20 25 30 压强/MPa 16.80 14.78 13.86 13.27 12.85 12.60 12.60 用各物质的物质的量分数代替浓度(物质的量分数=该气体的物质的量÷混合物总物质的量)，计算反应的平衡常数Kx= 。(保留3位有效数字) (4)研究发现，合成氨反应的决速步为N2在催化剂表面的吸附，当原料气中n(H2)：n(N2)=3时平衡体系中的物质的量分数最高。但实际工业生产中采用n(H2)：n(N2)为2.8～2.9，试分析原因： 。 (5)实际工业生产中，反应往往未达平衡时就将产物分离进行下一步操作。保持其他条件不变，合成氨反应的速率以及平衡时体系中的物质的量分数随温度的变化曲线如图(2)和(3)。请在图(3)中画出400～600℃时，经历相同时间后体系中氨气的物质的量分数示意图 。 7．(2024-2025高二上·浙江省学军教育集团·期末)使用高效催化剂可大大减少汽车尾气排放出的和含量(2NO+2CO2CO2+N2)。 已知：① ② 某科研小组探究了T1℃时等质量的三种催化剂对还原NO的催化效果(其他条件相同)，所得结果如图1所示。 (1) 温(选填“高”或“低”)、 压(选填“高”或“低”)有利于提高和的平衡转化率。 (2)使用催化剂 效果最好(选填“I”、“II”或“III”)。 (3)A、B两状态下，生成CO2的速率大小关系是 。(选填“>”、“＜”或“=”) (4)若容器容积为，开始加入、，在催化剂I作用在催化剂I作用下达到如图1所示平衡，则反应2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g)在该温度下的平衡常数K= 。 (5)在图2坐标系中画出使用催化剂I(其他条件相同)时，时容器内反应的脱氮率(NO转化率)与温度的关系图。 (6)科研小组将汽车尾气中的CO和NO设计成如图3所示的燃料电池。该电池正极的电极反应式是 。石墨II需经常更换，其原因是 。 8．(2024-2025高二上·浙江省杭州西湖区八县联考·期末) “碳达峰、碳中和”是我国社会发展重大战略之一，CO2可通过电解法、热化学法等转化为其他有机化合物，CO2也可在某些反应中发挥重要作用，请回答以下问题： (1)某研究小组利用电化学方法将CO2转化为CH3COOH，装置如图所示，B极的电极反应式为 。 (2)在标准状态下由最稳定的单质生成单位物质的量的某纯物质的焓变称为该物质的标准摩尔生成焓()已知：最稳定单质的标准摩尔生成焓为，一个化学反应的焓变等于生成物标准摩尔生成焓总和减去反应物标准摩尔生成焓总和。几种物质的标准摩尔生成焓如下： 物质 CO2(g) H2O(g) CH3OH(g) 写出由CO2(g)与H2(g)反应生成CH3OH(g)和H2O(g)的热化学方程式 。 (3)在Ru/TiO2催化下，可发生CO2甲烷化反应，主要反应有： 反应Ⅰ： 反应Ⅱ： 控制反应的压强恒定为P0MPa和氢碳比[n(H2)：n(CO2)=4：1]投料进行反应，测得CH4和CO选择性随温度变化情况分别如图所示 (选择性：生成的CH4或CO所占所有转化的CO2的物质的量百分数)。 ①下列说法不正确的 。 A．反应Ⅱ的△S=0 B．增大氢碳比可以提高CO2的平衡转化率 C．450℃时，原料气中充入一定量的氦气，对CO的选择性无影响 ②维持体系压强恒定为P0MPa，时，CO2的平衡转化率为，则反应Ⅰ的分压平衡常数Kp= (用组分分压代替浓度，组分分压=总压组分物质的量分数)。 ③反应温度在400℃以下时，CH4的选择性基本稳定在，可能的原因是 。 ④恒定反应的压强为P0MPa和氢碳比[n(H2)：n(CO2)=4：1]投料进行反应，根据题中信息，在图中画出CH4与H2O物质的量比值随温度的升高的变化曲线 。(如果有拐点，需要在图中标出相应的纵坐标) 9．(2024-2025高二上·浙江省杭州西湖区八县联考·期末)工业上可利用CO2来制备清洁液体燃料甲醇，有关化学反应如下： 反应①：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH1 反应②：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH2＝+41kJ·mol−1 反应③：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH3＝-90kJ·mol−1 I.反应①一般认为通过如下图步骤来实现： (1) ΔH1= kJ·mol−1，反应①自发进行的条件是： 。 (2)若反应②为慢反应，反应③为快反应，下列示意图中能体现上述反应能量变化的是_______，(填标号)。 A． B． C． D． (3)向恒温恒压(1MPa)的密闭容器中充入1mol CO2、3molH2和6mol He，选择合适催化剂按反应②进行，平衡时测得CO2的转化率为，则该反应的Kp= (用分压代替平衡浓度计算，分压=总压物质的量分数，计算结果精确到两位有效数字)。 II.CFBR催化下反应①受到反应限度的限制、同时存在竞争性逆水煤气变换反应(反应②)和水诱导催化剂失活等不利影响，某科学团队研发一种具有反应，分离气态水的双功能的分子筛膜催化反应器(CMR)，提高CO2催化加氢制备甲醇的效率。 在实验所给定的压强下，向密闭容器中投入一定量CO2和H2，只发生反应①②，不同反应模式下CO2的平衡转化率和甲醇选择性的实验数据如下表所示。甲醇的选择性 实验组 反应模式 压强／MPa 温度／℃ CO2转化率 CH3OH选择性 ① CFBR 3 5 250 25.6 61.3 ② CFBR 3 5 230 20.0 70.0 ③ CMR 3 3 260 36.1 100 (4)下列说法正确的是_______。 A．CFBR模式下，温度低有利于工业生产CH3OH B．CFBR模式下，在原料气中掺入适量CO，可以提高CH3OH的选择性 C．CMR模式下，适当增加压强，可以提高CO2的平衡转化率 D．CMR模式下，温度越高，则反应速率一定快 (5)由表中数据可知，CMR模式下，CO2的平衡转化率显著提高，结合反应分析原因： 。 (6)某研究小组采用电化学方法将CO2转化为HCOOH，装置如图。电极B上的电极反应式是 。 10．(2024-2025高二上·浙江省杭州钱塘区杭州四中·期末) “低碳经济”已成为全世界科学家研究的重要课题。为减小和消除CO2对环境的影响，一方面世界各国都在限制其排放量，另一方面科学家加强了对CO2创新利用的研究。 Ⅰ．CO2催化制取甲烷的反应为：CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g) ΔH==-162kJ·mol-1 已知：①CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) ΔH1＝-41kJ·mol−1 ②2CO(g)C(s)+CO2(g ΔH2 ③C(s)＋2H2(g)CH4(g) ΔH3＝-73kJ·mol−1 (1)则ΔH2＝ 。 Ⅱ．CO催化加氢制甲醇(CH3OH)是实现碳达峰、碳中和的途径之一，反应可表示为：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH3＝-49.0kJ·mol−1。为探究该反应原理，在容积为1L密闭容器中，充入1mol CO2和3.3 mol H2在某温度下发生反应，测得CO、CH3OH(g)和H2O(g)的物质的量(n)随时间的变化如图所示： (2)从反应开始到平衡，氢气的平均反应速率 。 (3)下列措施一定能使CO2的转化率增大且反应速率提升的是 。 A．在原容器中再充入1mol CO2 B．在原容器中再充入1molH2 C．在原容器中充入1mol氦气 D．使用更有效的催化剂 E．缩小容器的容积 F．将水蒸气从体系中分离 (4)一定条件下进行反应，测得反应5分钟时CO2转化率随温度变化关系如图所示。 ①已知A点为平衡状态，该温度下的平衡常数 (填计算结果)。 ②若在A点时向体系中同时加入0.1mol CO2和0.1mol H2O(g)，则此时 (填“>”，“<”或“=”)。 ③CO2的转化率先增大、后下降的原因分别是 。 11．(2024-2025高二上·浙江省杭州师大附中·期末)甲醇是重要化工原料，应用前景广阔。利用CO2和H2合成甲醇的反应为： 主反应：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH1＜0 ① 副反应：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH2＞0 (1)有利于提高甲醇平衡产率的措施_______。 A．使用催化剂 B．加压择性 C．液化分离CH3OH D．升温 (2)恒容密闭容器中，上述反应体系在一定温度下反应，下列说法正确的是_______。 A．达到平衡时CH3OH和的浓度相等 B．CO2的体积分数保持不变说明反应达到平衡 C．达到平衡后充入H2O(g)，反应①②的逆反应速率增大、正反应速率减小 D．增大催化剂的比表面积，有利于提高二氧化碳的转化率 (3)500℃时，向容器中充入1molCO2和3molH2发生上述反应，若初始压强为p，达到平衡时，c(CO)=0.2mol·L-1，CO2的转化率为，则反应①的Kp= (Kp表示平衡分压代替平衡浓度求得的平衡常数，平衡分压总压气体物质的量分数)。 (4)在某温度下，向密闭容器中加入不同氢碳比[n(H2)：n(CO2)]的原料气。若只发生反应①，请在下图中画出平衡时甲醇体积分数的变化趋势： 。 (5) CO2加氢制甲醇的催化机理如图所示，该反应历程决速步骤的方程式为 。 (6)在一个恒容密闭容器中，按照n(CO2)：n(H2)=1：3投料，平衡时和CH3OH在含碳产物中的物质的量分数及CO2的转化率随温度的变化如图所示。请解释270~400℃范围内二氧化碳的转化率增大的原因 。 12．(2024-2025高二上·浙江省下城区杭州十四中·期末)氨基甲酸铵(H2NCOONH4)为尿素生产过程的中间产物，易分解。某小组对氨基甲酸铵的分解实验进行探究。已知： I．N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH1＝-92.4kJ·mol−1 Ⅱ．C(s)＋O2(g)CO2(g) ΔH2＝-393.8kJ·mol−1 Ⅲ．N2(g)＋3H2(g)+ C(s)H2NCOONH4(s) ΔH3＝-645.7kJ·mol−1回答下列问题： (1)写出H2NCOONH4分解生成NH3与CO2气体的热化学方程式： 。 (2)恒容条件下，H2NCOONH4分解生成NH3与CO2气体，实验测得数据如下表所示： T/K 293 298 303 308 313 p/kPa 8.60 11.40 16.24 20.86 30.66 ①恒温恒容时，下列能够说明该反应已达到化学平衡状态的是 (填标号)。 A．容器内总压强不再改变 B． C．的值不再改变 D．NH3的体积分数不再改变 ②某温度下，该反应平衡时容器内总压强为p，写出该反应的压强平衡常数的计算式Kp= (用平衡分压代替平衡浓度，分压=总压物质的量分数)。 ③随着温度升高，Kp逐渐 (填“增大”、“减小”或“不变”)。 ④某温度下，达到平衡后，欲增加NH3的平衡浓度，可采取的措施有 (填标号)。 A．加H2NCOONH4 B．加催化剂 C．减小体积增大压强 D．移走CO2 (3)已知：(C为常数)，根据上表实验数据得到下图，则该反应的反应热ΔH＝ kJ·mol−1。 13．(2024-2025高二上·浙江省杭州下沙区·期末)降低空气中二氧化碳的含量是当前研究热点。二氧化碳和氢气在一定条件下可转化为甲烷，转化过程中发生的反应如下： 反应I(主反应)：O2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g) ΔH1＝-164.7kJ·mol−1 反应Ⅱ(副反应)：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH2＝+41.2kJ·mol−1 (1)甲烷与二氧化碳制备合成气的反应为CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)，该反应的ΔH3＝ 。有利于反应I自发进行的条件是 (填“高温”或“低温”)。 (2)在实际化工生产过程中，下列措施能提高CO2的转化效率的是 。 a．在一定温度下，适当增大压强 b．总体积一定时，增大反应物CO2(g)与H2(g)的体积比 c．采用双温控制，前段加热，后段冷却 d．选取高效催化剂及增大催化剂的比表面积 (3) CO2催化加氢合成CH4的过程中，CO2活化的可能途径如图1所示(“*”表示物质吸附在催化剂上)，是CO2活化的优势中间体，原因是 。 (4)一定条件下，利用CO2也可以生产甲醇，主要涉及以下反应Ⅲ和反应Ⅱ。 反应Ⅲ．CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH1＝-49.4kJ·mol−1 假设在恒温密闭容器中，只发生反应Ⅱ和反应Ⅲ，CO2的平衡转化率和甲醇选择性[CH3OH =]随着温度变化关系如图2所示。 ①分析温度高于236℃后CO2转化率下降的原因 。 ②在244℃，向容积为V的容器内投入1molCO2(g)和3molH2(g)充分反应，则该温度下反应Ⅱ的平衡常数kII= 。(计算结果保留两位有效数字) (5)工业上也可用电化学法制备甲醇。采用如图3原电池制备甲醇。通入的一端发生的电极反应为 。 14．(2024-2025高二上·浙江省杭州四中·期末)为了实现“碳中和”，CO2资源再利用是目前研究的热点之一、 (1)中国空间站已实现有人长期驻留时代，空间站的水气整合系统利用法国化学家Paul Sabatier提出并命名的“Sabatier反应”实现了CO2甲烷化，配合O2生成系统可实现O2的再生。过程如下图所示： ①已知： 。 则Sabatier反应 。该反应在 条件下能自发进行(填“高温”、“低温”、“任意温度”)。 ②分别在V L恒温密闭容器A(恒容)、B(恒压，容积可变)中，加入和各的混合气体发生Sabatier反应。两容器中反应达平衡后放出或吸收的热量较多的是 (填“A”或“B”)。 ③研究发现Sabatier反应的历程，前三步历程如图所示。其中吸附在催化剂表面用“·”标注，表示过渡态。从物质吸附在催化剂表面到形成过渡态的过程会 (填“放出热量”或“吸收热量”)；反应历程中决定反应速率的步骤是 (填字母)。 a． b． c． ④空间站航天员利用两个碱性甲烷燃料电池串联后作为电源，模拟电解溶液再生，如图所示： 甲烷燃料电池工作时，负极的电极反应式为 ；闭合开关K后，a、b电极上均有气体产生，其中b电极上得到的是 (填化学式)；当每个电池消耗甲烷(标准状况)时，理论上最多能够制得氧气 L(标准状况)。 (2)以CO2和H2为原料在一定条件下可以合成燃料，假设体系中只发生以下反应： Ⅰ．   Ⅱ．   改变反应温度，分别测得Pa、Pb、Pc (单位MPa)下CO2的平衡转化率以及时生成CH3OH、CO选择性(S)的变化如图(选择性为目标产物在总产物中的比率，即％；％)。 ①图中a、b和c分别代表PaMPa、PbMPa、PcMPa下CO2平衡转化率随温度变化趋势的曲线，则Pa、Pb、Pc从大到小的关系为 。 ②在下CO2平衡转化率随温度升高先降低后升高的原因是 。 ③随着温度升高，a、b和c三条曲线接近重合的原因是 。 15．(2024-2025高二上·浙江省杭州拱墅区源清中学·期末)按要求填空： I．工业上硫代硫酸钠(Na2S2O3)的制备和应用相关流程如图所示。 (1)已知：，写出反应①生成化合物A的离子反应方程式： 。 (2)在反应③和“电沉积”得到Ag的过程中，下列说法不正确的是___________。 A．反应③的离子反应方程式为Ag++2S2O32-=[Ag(S2O3)2]3- B．Na3[Ag(S2O3)2]与KI能反应生成AgI，说明 C．电解池中阴极的电极反应是[Ag(S2O3)2]3-+e-=Ag+2S2O32- D．电解池阴极区溶液经过处理可在该流程中循环利用 (3)已知反应：I2+2S2O32-=S4O62-+2I-，S2O32-的结构为：，试判断S4O62-的结构为下图中的 (填“甲”或“乙”)。 Ⅱ．氯碱工业能耗大，通过如图改进的设计可大幅度降低能耗。 (4)该装置工作时，电极B的电极反应式为 。 (5)若电源选用铅酸蓄电池，当产生标准状况下11.2LCl2时，正极质量变化为 g。 18 / 19 学科网（北京）股份有限公司 $ 题型04 化学反应原理综合应用 1．(2024-2025高二上·浙江省杭州九中·期末)我国力争于2030年前做到碳达峰、2060年前实现碳中和，体现了中国对解决气候问题的担当。CO2是目前大气中含量最高的一种温室气体。因此，控制和治理CO2是解决温室效应的有效途径，CO2捕获与CO2重整是CO2利用的研究热点， (1)在催化剂作用下，可用CO2与H2反应制取甲酸。已知： 共价键 键能/( kJ·mol−1) 799 343 436 463 413 则CO2(g)＋H2(g)HCOOH(g) ΔH= kJ·mol−1。 (2)在刚性密闭容器中，HCOOH平衡时的体积分数随投料比的变化如图所示： ①图中、表示不同的反应温度。判断 (填“>”“<”或“=”)； ②图中a= ； ③A、B、C三点CO2(g)的平衡转化率、、，由大到小的顺序为 ； (3) CO2可以被NaOH溶液捕获，若所得溶液pH=13，CO2主要转化为 (写离子符号)。 【答案】(1)+16 (2) > 1 >> (3) CO32- 【解析】(1)反应CO2(g)＋H2(g)HCOOH(g)的ΔH，根据ΔH =反应物总键能 - 生成物总键能，CO2中有2个C = O键，H2中有1个H - H键，所以反应物总键能=；HCOOH中有1个C = O键、1个C - O键、1个C - H键和1个H - O键，生成物总键能=799kJ/mol+343kJ/mol + 413kJ/mol+463kJ/mol = 2018kJ/mol，则ΔH =2034kJ/mol - 2018kJ/mol = + 16kJ/mol； (2)①该反应ΔH = + 16kJ/mol是吸热反应，升高温度平衡正向移动，HCOOH平衡时的体积分数增大，由图可知，相同投料比时，T1对应的HCOOH平衡时体积分数大，所以T1＞T2；②根据反应CO2(g)＋H2(g)HCOOH(g)可知，当投料比 ，即a=1时，恰好达到最大转化，HCOOH平衡时的体积分数最大；③在温度一定时，增加H2的量可以提高CO2的平衡转化率，A、B、C三点中，H2的量逐渐增多，所以CO2的平衡转化率； (3)当pH = 13时，溶液呈强碱性，CO2被NaOH溶液捕获后主要转化为CO32-。 2．(2024-2025高二上·浙江省杭州拱墅区源清中学·期末)合成氨是人类科学技术上的一项重大突破。 (1)已知：化学键H-H、N≡N、N-H的键能分别为436、946、391(单位kJ·mol−1)，则N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝ kJ·mol−1，该反应自发进行的条件是 。 (2)有关合成氨工艺说法正确的是___________。 A．工业合成氨反应温度远高于室温，是为了保证尽可能高平衡转化率和反应速率 B．当断裂1molN≡N键的同时断裂6mol N - H键，则说明合成氨反应已达平衡 C．为提高原料中H2转化率，应向反应器中加入适当过量的空气 D．通过使用催化剂和分离液态氨气等措施，均有利于更多更快地生产氨气 (3)研究表明，合成氨在催化剂上可能通过下图机理进行(*表示催化剂表面吸附位，表示被吸附于催化剂的N2)。判断下述反应机理中，决速步骤为 (填括号内的序号)，理由是 。 (i) (ii) (iii) (iv) (v)……(…) (4)某温度下，合成氨进料组成为气体物质的量分数、、，保持体系压强不变，当反应达到平衡时，测得，若用各物质的平衡分压代替平衡浓度(分压总压×气体的物质的量分数)，计算该温度下，反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)的平衡常数Kp= (MPa)-2。 (5)实际工业生产中，反应往往未达平衡时就将产物分离进行下一步操作。保持其他条件不变，合成氨反应的速率及平衡时体系中NH3的物质的量分数随温度的变化曲线如图1和图2所示。请在图2中画出时，经历相同时间后体系中氨气的物质的量分数示意图 。 【答案】(1) -92 低温 (2)BD (3)(ⅱ) 因为N2分子中的N≡N键能大，断裂需要吸收较多能量 (4) (5) 【解析】(1)对于N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，反应物键能总和为，生成物键能总和为，；该反应，，根据反应自发进行，可知反应自发进行的条件是低温； (2)A．工业合成氨反应是放热反应，升高温度平衡逆向移动，不能提高平衡转化率，A错误；B．当断裂1molN≡N键(消耗1molN2)的同时断裂6mol N - H键(消耗2molNH3)，正逆反应速率相等，说明合成氨反应已达平衡，B正确；C．加入过量空气，空气中的O2等杂质会影响反应，且不能提高H2转化率，应加入过量N2，C错误；D．使用催化剂加快反应速率，分离液态氨使平衡正向移动，均有利于更多更快地生产氨气，D正确；故选BD； (3)氮气分子的化学键强，断键过程较困难，反应速率慢，所以决速步骤是(ⅱ)，因为N2分子中的N≡N键能大，断裂需要吸收较多能量，是整个反应的慢步骤； (4)起始时，，，设起始总物质的量为1mol，则，，平衡时，设平衡时总物质的量为，根据NH3物质的量变化计算，设反应的，则生成，；又因为反应前后Ar物质的量不变，根据物质的量变化关系可得；平衡时，，，根据。 (5)因为反应未达到平衡时，温度越高反应速率越快，相同时间内生成NH3越多；但该反应是放热反应，温度升高平衡逆向移动。所以在400~600℃间，曲线先上升后下降，且最终NH3的物质的量分数低于平衡时图2中对应温度的值。 3．(2024-2025高二上·浙江省杭州九中·期末)I．完成下列问题 (1)为探究不同催化剂对CO和H2生成CH3OH的选择性效果，某实验室控制CO和H2的初始投料比为1：3进行实验，得到如下数据下表和下图： T/K 时间/min 催化剂种类 甲醇的含量(%) 450 10 CuO-ZnO 78 450 10 CuO-ZnO- 88 450 10 ZnO- 46 由上表可知，该反应的最佳催化剂为 ；下图是的转化率与温度的关系，且最高转化率对应温度为T1，则a、b、c、d四点对应是该温度下的CO平衡转化率的有 。 (2)已知1000℃，反应CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) K4=1.0，该温度下，在某时刻体系中、H2O、CO2、H2的浓度分别为3 mol·L-1、1 mol·L-1、4 mol·L-1、2 mol·L-1，则此时上述反应的 (填“<”“=”或“>”)。 II．工业生产中可以以CO2与H2为原料制备清洁能源甲醇：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(l)。 (3)该反应的平衡常数表达式为 。 (4)一定温度下，在固定容积的密闭容器中发生上述反应，下列能判断该反应达到平衡状态的是___________。 A．容器中的压强不再改变 B．混合气体的密度不再改变 C． D．CO2与H2O的物质的量之比保持不变 【答案】(1)CuO-ZnO-ZrO2 cd (2)＜ (3) (4)ABD 【解析】(1)根据表格数据可知，在相同条件下，使用催化剂CuO-ZnO-ZrO2可使甲醇含量最高，催化效果最好；a、b两点温度较低，反应速率慢，未达到平衡，c点是该温度下刚好平衡点，d点已经平衡； (2)某时刻的浓度商为，因此平衡逆向移动，v正(CO)＜v逆(CO)； (3)该反应的平衡常数表达式为； (4)A．该反应是气体体积减小的反应，平衡建立过程中容器内压强减小，则容器中的压强不再改变说明正逆反应速率相等，即反应达到平衡，A正确；B．由质量守恒定律可知，此反应生成液态的水，因此反应过程中气体的总质量减小，又因为容器的体积不变，因此混合气体的密度减小，当混合气体的密度不再改变时，说明反应达到平衡，B正确； C．v(CH3OH)、v(H2)均为正反应速率，则v(CH3OH)=v(H2)不能说明正逆反应速率相等，无法判断反应是否达到平衡，C错误；D．反应中CO2的物质的量减小，水蒸气的物质的量增大，则CO2与H2O的物质的量之比保持不变，说明正逆反应速率相等，即反应达到平衡，D正确。 4．(2024-2025高二上·浙江省杭州九中·期末)二氧化碳的资源化利用有利于碳中和目标实现。请回答下列问题： (1) CO2加氢合成甲醇以及甲醇脱水生成二甲醚的热化学方程式如下： CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH＝-49.0kJ·mol−1 2CH3OH(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g) ΔH＝-23.5kJ·mol−1 则2CO2(g)＋6H2(g)CH3OCH3(g)＋3H2O(g)的ΔH＝ kJ·mol−1。该反应 (填“自发进行”或“非自发进行”或“高温自发”或“低温自发”)。 (2)法国化学家Paul Sabatier提出并命名的“Sabatier反应”实现了CO2甲烷化，在一定条件下，CH4分解形成碳的反应历程如图所示，其中决定反应速率的是第 步反应。 (3)航天员呼吸产生的CO2还可以利用Bosch反应：CO2(g)＋2H2(g)C(s)＋2H2O(g)代替Sabatier反应。在250℃时，向体积为2L恒容密闭容器中通入2molH2和1molCO2发生Bosch反应，测得容器内气压变化如图所示。 ①该温度下Bosch反应的Kp= kPa-1(Kp为用气体的分压来表示的平衡常数，分压=气体的体积分数×体系总压)。 ②在上图基础上画出其他条件相同，向体系加入催化剂时其压强随时间的变化曲线 。 【答案】(1)-121.5 低温自发 (2)四 (3) 0.05 【解析】(1)根据题目可以把CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH＝-49.0kJ·mol−1定义为反应①，把2CH3OH(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g) ΔH＝-23.5kJ·mol−1定义为反应②，则反应可以看作为由反应①+反应②所得，可以得其ΔH＝-121.5kJ·mol−1；根据反应2CO2(g)＋6H2(g) CH3OCH3(g)＋3H2O(g) ΔH＝-121.5kJ·mol−1可知：ΔH＜0、ΔS＜0，要使ΔG=ΔH-TΔS＜0实现反应自发进行，必须在低温时才有可能。 (2)在多步反应历程中，活化能最大的一步反应最慢，是决定反应速率的决速步，根据题目中所给各步历程能量图可知，第四步的活化能最大，则第四步为反应的决速步。 (3)在250℃时，向体积为2L恒容密闭容器中通入2molH2和1molCO2发生Bosch反应：CO2(g)＋2H2(g)C(s)＋2H2O(g)，设平衡时消耗的，列三段式： 根据阿伏加德罗定律有：，解得，平衡体系的总物质的量为：，各组成的物质的量分别为：、、；①该温度下Bosch反应的；②其他条件相同时，向体系加入催化剂只能加快反应速率，可以缩短反应时间，但不改变平衡转化率，所以平衡时的压强不变，则其压强随时间的变化曲线为。 5．(2024-2025高二上·浙江省湖州市·期末)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意义。 (1)已知在催化剂的作用下，利用CH4还原NO可消除氮氧化物的污染，其反应为CH4(g)＋4NO(g)2N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) ΔH＜0。催化剂的活性随温度变化的情况 如图甲所示，相同时间测得的转化率随反应温度变化的情况如图乙所示。 ①写出的转化率出现图乙所示变化的可能原因(催化剂未失活)： 。 ②在图乙中画出，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 。 (2)利用催化剂处理汽车尾气中的NO和CO的技术已投入实际使用，其反应为2CO(g)＋CO(g)2CO2(g)＋N2(g) ΔH＜0。某一恒容容器起始时只有2molNO和2molCO，平衡时测得混合气体中CO2的物质的量分数与温度(T)、压强(P)之间的关系图丙所示。 ①温度：T1 (填“<”或“>”) T2。 ②若恒温T1恒容条件下，测得平衡时混合气体的压强为p1kPa，则T1时NO的转化率为 ，该反应的平衡常数Kp= [对于气相反应，用某组分的平衡压强p(B)代替物质的量浓度c(B)也可表示平衡常数，记作Kp，，为平衡体系中的物质的量分数]。 ③下列说法正确的是 (填字母)。 A．增大催化剂的比表面积可以提高NO的平衡转化率 B．v正(NO)=2v逆(N2)时，反应达到最大限度 C．充入一定量的氦气有利于提高反应速率 D．实际过程中适当升高温度有利于提高NO的去除率 ④一种焦炭催化CO还原NO反应的历程如下，请补充完整(“*”表示吸附态)： I．；Ⅱ．；Ⅲ． ； Ⅳ．；V。 。 【答案】(1) T0之前，反应没有达到平衡，温度升高，反应速率加快，NO的转化率增大，T0之后，反应已经达到平衡，温度升高，平衡逆向移动，NO的转化率下降 (2)＜ 80% BD (1)①T0之前，反应没有达到平衡，温度升高，反应速率加快，NO的转化率增大，T0之后，反应已经达到平衡，温度升高，平衡逆向移动，NO的转化率下降；②反应前后气体分子数不变，其他条件不变，增大压强，化学反应速率加快，单位时间内NO转化率增大，所以相同温度下，加压后的曲线在原来基础上要上移，但加压平衡不移动，平衡时的转化率是不变的，因此其他条件不变，增大压强(催化剂未失活)情况下，NO的转化率随温度变化如图： ； (2)①题给反应的ΔH＜0，相同压强下，温度升高，平衡逆向移动，减小，故T1＜T2；②设恒温(T1)恒容条件下，NO的转化率为x，由题给数据可建立如下三段式： 由图可知，CO2的物质的量分数为50%，由三段式的数据可得，解得x=0.8，则NO的转化率为80%；平衡时CO、NO、N2、CO2的平衡分压分别为、、、，反应的平衡常数；③A．增大催化剂的比表面积可以提高反应速率，但平衡不移动，NO的平衡转化率不变，A错误；B．v正(NO)=2v逆(N2)说明正逆反应速率相等，反应已达到平衡，B正确；C．恒容条件下充入一定量不参加反应的氦气，反应体系中各物质的浓度不变，反应速率不变，C错误；D．实际过程中，适当升高温度能加快反应速率，NO的消耗量增大，有利于提高NO的去除率，D正确；故选BD；④上一步的反应物是后一步的生成物，根据前后反应书写，Ⅲ. ；V. 。 6．(2024-2025高二上·宁波市奉化区·期末)氨是重要的化工产品，其生产流程如图(1)所示，合成原理为：N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH＝-92.4kJ·mol−1，请回答下列问题： (1)已知：298K时相关物质的标准熵数据如下表： 化学式 N2(g) H2(g) NH3(g) 标准熵：S/(J·mol-1·K-1) 191.2 130.7 192.8 计算合成氨反应的熵变ΔS= J·mol-1·K-1，综合考虑焓变和熵变，合成氨反应在 条件下有利于反应自发进行。 (2)下列说法正确的是_______。 A．利用压缩机进行加压有利于更快更多的生产氨气 B．热交换器可以冷却进入的原料气，防止催化剂过热 C．当断裂1mol N≡N键的同时生成2mol N—H键则说明合成氨反应已达平衡 D．通过使用催化剂和分离液态氨气等措施，可以提高反应的平衡转化率 (3)某学习小组在一恒容密闭容器中按照n(H2)：n(N2)=3：1通入原料气模拟合成氨反应，测得容器内压强变化如下表： 反应时间/min 0 5 10 15 20 25 30 压强/MPa 16.80 14.78 13.86 13.27 12.85 12.60 12.60 用各物质的物质的量分数代替浓度(物质的量分数=该气体的物质的量÷混合物总物质的量)，计算反应的平衡常数Kx= 。(保留3位有效数字) (4)研究发现，合成氨反应的决速步为N2在催化剂表面的吸附，当原料气中n(H2)：n(N2)=3时平衡体系中的物质的量分数最高。但实际工业生产中采用n(H2)：n(N2)为2.8～2.9，试分析原因： 。 (5)实际工业生产中，反应往往未达平衡时就将产物分离进行下一步操作。保持其他条件不变，合成氨反应的速率以及平衡时体系中的物质的量分数随温度的变化曲线如图(2)和(3)。请在图(3)中画出400～600℃时，经历相同时间后体系中氨气的物质的量分数示意图 。 【答案】(1) -197.7 低温 (2)A (3)5.33 (4)原料气中氮气容易获得，适度过量有利于提高H2的转化率，N2在催化剂表面吸附为决速步骤，合理占据活性位点，有利于提高整体反应速率 (5) 【解析】(1)结合表格数据以及△S=生成物总熵-反应物总熵有，△S=2×192.8J•mol-1•K-1-(191.2J•mol-1•K-1+3×130.7J•mol-1•K-1)=-197.7J•mol-1•K-1；用复合判据△G=ΔH-T△S，当△G＜0时，反应能自发进行；已知该反应ΔH＜0，△S＜0，要使△G＜0需要低温条件，因此该反应在低温条件下能自发进行； (2)A．已知该反应正向是一个气体分子数减小的反应，利用压缩机进行加压，平衡正向移动且反应速率加快，因此有利于更快更多的生产氨气，故A正确；B．已知该反应正向是一个气体分子数减小的放热反应，热交换器可以冷却进入的原料气，从而使得体系温度降低，平衡正向移动，从而提高氨气的产率，故B错误；C．当断裂1mol N≡N键的同时生成2mol N—H键，都描述的是正反应，不能说明正逆反应速率相等，因此无法说明合成氨反应已达平衡，故C错误；D．使用催化剂，可加快反应速率，但是平衡不移动，因此反应物的平衡转化率不变；分离液态氨气，使得生成物浓度降低，平衡正向移动，可以提高反应的平衡转化率，故D错误；故选A； (3)在一恒容密闭容器中按照n(H2)：n(N2)=3：1通入原料气模拟合成氨反应，25min时，反应已达到平衡，假设起始时n(H2)=3mol，n(N2)=1mol，平衡时N2的转化量为x mol，列“三段式”进行计算： 因此n(总)=(4-2x)mol，结合恒温恒容条件下，气体的压强之比等于物质的量之比，有，解得x=0.5，则平衡时n(H2)=1.5mol，n(N2)=0.5mol，n(NH3)=1mol，n(总)=3mol，该反应的平衡常数Kx===5.33； (4)研究发现，合成氨反应的决速步为N2在催化剂表面的吸附，当原料气中n(H2)：n(N2)=3时平衡体系中NH3的物质的量分数最高。但实际工业生产中采用n(H2)：n(N2)为2.8～2.9原因是原料气中氮气容易获得，适度过量有利于提高H2的转化率，N2在催化剂表面吸附为决速步骤，合理占据活性位点，有利于提高整体反应速率； (5)实际工业生产中，反应往往未达平衡时就将产物分离进行下一步操作。保持其他条件不变，合成氨反应的速率以及平衡时体系中NH3的物质的量分数随温度的变化曲线如图(2)和(3)，随着反应的进行，氨气的物质的量分数增大，反应达到平衡后，升高温度平衡逆向移动，氨气的物质的量分数减小，因此400～600℃时，经历相同时间后体系中氨气的物质的量分数示意图为：。 7．(2024-2025高二上·浙江省学军教育集团·期末)使用高效催化剂可大大减少汽车尾气排放出的和含量(2NO+2CO2CO2+N2)。 已知：① ② 某科研小组探究了T1℃时等质量的三种催化剂对还原NO的催化效果(其他条件相同)，所得结果如图1所示。 (1) 温(选填“高”或“低”)、 压(选填“高”或“低”)有利于提高和的平衡转化率。 (2)使用催化剂 效果最好(选填“I”、“II”或“III”)。 (3)A、B两状态下，生成CO2的速率大小关系是 。(选填“>”、“＜”或“=”) (4)若容器容积为，开始加入、，在催化剂I作用在催化剂I作用下达到如图1所示平衡，则反应2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g)在该温度下的平衡常数K= 。 (5)在图2坐标系中画出使用催化剂I(其他条件相同)时，时容器内反应的脱氮率(NO转化率)与温度的关系图。 (6)科研小组将汽车尾气中的CO和NO设计成如图3所示的燃料电池。该电池正极的电极反应式是 。石墨II需经常更换，其原因是 。 【答案】(1)低 高 (2)I (3)> (4)640 (5) (6) 2NO+4e-=N2+2O2- 石墨高温下与氧气反应，消耗石墨 【解析】(1)由已知反应2NO+2CO2CO2+N2，将①和②乘以2后相加得到目标反应，，反应放热，降低温度平衡正向移动；该反应正反应是气体体积减小的反应，增大压强平衡正向移动，所以低温、高压有利于提高NO和CO的平衡转化率。 (2)相同时间内，催化剂I条件下生成N2的物质的量最多，说明反应速率最快，催化效果最好。 (3)A点斜率大于B点斜率，斜率越大反应速率越快，所以v(A)>v(B)。 (4)平衡时，根据反应2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g)，消耗n(NO)=0.4mol，消耗n(CO)=0.4mol，生成n(CO2) = 0.4mol。平衡时，，，，根据，可得。 (5)温度低于T1时，反应速率小于T1时的反应速率，所以25s时反应达不到平衡，且温度越高反应速率越快，相同时间内脱氮率越高，当温度高于T1时，则25s时反应达到平衡，但由于该反应正反应焓变小于0，为放热反应，所以温度升高，平衡左移，脱氮率会下降，所以25s时容器内反应的脱氮率(NO转化率)与温度的关系图为； (6)正极发生还原反应，NO得电子生成N2，电极反应式为2NO+4e-=N2+2O2-；石墨高温下与二氧化碳反应，消耗石墨，所以石墨II需要经常更换。 8．(2024-2025高二上·浙江省杭州西湖区八县联考·期末) “碳达峰、碳中和”是我国社会发展重大战略之一，CO2可通过电解法、热化学法等转化为其他有机化合物，CO2也可在某些反应中发挥重要作用，请回答以下问题： (1)某研究小组利用电化学方法将CO2转化为CH3COOH，装置如图所示，B极的电极反应式为 。 (2)在标准状态下由最稳定的单质生成单位物质的量的某纯物质的焓变称为该物质的标准摩尔生成焓()已知：最稳定单质的标准摩尔生成焓为，一个化学反应的焓变等于生成物标准摩尔生成焓总和减去反应物标准摩尔生成焓总和。几种物质的标准摩尔生成焓如下： 物质 CO2(g) H2O(g) CH3OH(g) 写出由CO2(g)与H2(g)反应生成CH3OH(g)和H2O(g)的热化学方程式 。 (3)在Ru/TiO2催化下，可发生CO2甲烷化反应，主要反应有： 反应Ⅰ： 反应Ⅱ： 控制反应的压强恒定为P0MPa和氢碳比[n(H2)：n(CO2)=4：1]投料进行反应，测得CH4和CO选择性随温度变化情况分别如图所示 (选择性：生成的CH4或CO所占所有转化的CO2的物质的量百分数)。 ①下列说法不正确的 。 A．反应Ⅱ的△S=0 B．增大氢碳比可以提高CO2的平衡转化率 C．450℃时，原料气中充入一定量的氦气，对CO的选择性无影响 ②维持体系压强恒定为P0MPa，时，CO2的平衡转化率为，则反应Ⅰ的分压平衡常数Kp= (用组分分压代替浓度，组分分压=总压组分物质的量分数)。 ③反应温度在400℃以下时，CH4的选择性基本稳定在，可能的原因是 。 ④恒定反应的压强为P0MPa和氢碳比[n(H2)：n(CO2)=4：1]投料进行反应，根据题中信息，在图中画出CH4与H2O物质的量比值随温度的升高的变化曲线 。(如果有拐点，需要在图中标出相应的纵坐标) 【答案】(1)2CO2+8e-+8H+=CH3COOH+2H2O (2)CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)，△H=-53.3 kJ·mol-1 (3)AC 反应I的活化能比反应II小得多，400℃以下以反应I为主；或者反应I低温自发，反应II高温自发 【解析】电解池左侧发生H2O失去电子得到O2，发生氧化反应，是阳极，右侧CO2得电子生成乙酸，发生还原反应，是阴极，H+通过质子交换膜向阴极移动。 (1)B极为阴极，CO2得电子生成乙酸，电极反应式为：2CO2+8e-+8H+=CH3COOH+2H2O； (2)根据一个化学反应的焓变等于生成物标准摩尔生成焓总和减去反应物标准摩尔生成焓总和，CO2(g)与H2(g)反应生成CH3OH(g)和H2O(g)的化学方程式为CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)，△H=(-205.0kJ·mol-1)+ (-241.8kJ·mol-1)- (-393.5kJ·mol-1)=-53.3 kJ·mol-1，热化学方程式为：CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)，△H=-53.3 kJ·mol-1； (3)①ΔS的计算要考虑物质的标准摩尔熵，不可能为0，A错误；增大氢碳比相当于增加氢气的量，可以提高CO2的平衡转化率，B正确；450oC时，控制反应的压强恒定充入He，体积增大，相当于减压，反应I逆向移动，CO2和H2的量增加，促使反应II正向移动，CO的选择性增大，C错误；故选AC；②设投入的H2为4mol，CO2为1mol，维持体系压强恒定为P0MPa，275℃时只发生反应I，CO2的平衡转化率为50%，反应的CO2为0.5mol，生成CH4为0.5mol，根据方程式可知，参加反应的H2为4×0.5=2mol，剩余H2为4mol-2mol=2 mol，生成H2O为2×0.5mol=1mol，反应后气体总物质的量为0.5mol+0.5mol+2mol+1mol=4 mol，分压p(CO2)=，p(H2)=，p(CH4)=，p(H2O)=，反应I的Kp==；③反应温度在400℃以下时，CH4的选择性基本稳定在100%，可能的原因是：反应I的活化能比反应II小得多，400℃以下以反应I为主；或者反应I低温自发，反应II高温自发；④随着温度400oC继续升高，CO的选择性越大，甲烷的选择性越小，直到550oC，故不断减小；即：。 9．(2024-2025高二上·浙江省杭州西湖区八县联考·期末)工业上可利用CO2来制备清洁液体燃料甲醇，有关化学反应如下： 反应①：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH1 反应②：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH2＝+41kJ·mol−1 反应③：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH3＝-90kJ·mol−1 I.反应①一般认为通过如下图步骤来实现： (1) ΔH1= kJ·mol−1，反应①自发进行的条件是： 。 (2)若反应②为慢反应，反应③为快反应，下列示意图中能体现上述反应能量变化的是_______，(填标号)。 A． B． C． D． (3)向恒温恒压(1MPa)的密闭容器中充入1mol CO2、3molH2和6mol He，选择合适催化剂按反应②进行，平衡时测得CO2的转化率为，则该反应的Kp= (用分压代替平衡浓度计算，分压=总压物质的量分数，计算结果精确到两位有效数字)。 II.CFBR催化下反应①受到反应限度的限制、同时存在竞争性逆水煤气变换反应(反应②)和水诱导催化剂失活等不利影响，某科学团队研发一种具有反应，分离气态水的双功能的分子筛膜催化反应器(CMR)，提高CO2催化加氢制备甲醇的效率。 在实验所给定的压强下，向密闭容器中投入一定量CO2和H2，只发生反应①②，不同反应模式下CO2的平衡转化率和甲醇选择性的实验数据如下表所示。甲醇的选择性 实验组 反应模式 压强／MPa 温度／℃ CO2转化率 CH3OH选择性 ① CFBR 3 5 250 25.6 61.3 ② CFBR 3 5 230 20.0 70.0 ③ CMR 3 3 260 36.1 100 (4)下列说法正确的是_______。 A．CFBR模式下，温度低有利于工业生产CH3OH B．CFBR模式下，在原料气中掺入适量CO，可以提高CH3OH的选择性 C．CMR模式下，适当增加压强，可以提高CO2的平衡转化率 D．CMR模式下，温度越高，则反应速率一定快 (5)由表中数据可知，CMR模式下，CO2的平衡转化率显著提高，结合反应分析原因： 。 (6)某研究小组采用电化学方法将CO2转化为HCOOH，装置如图。电极B上的电极反应式是 。 【答案】(1)-49kJ·mol−1 低温 (2)A (3) (4)BC (5)分子筛膜催化反应器CMR有反应、分离气态水的双功能，使水蒸气移除反应体系，促进反应①、②正向移动，使CO2的平衡转化率显著提高 (6)CO2+2e-+2H+=HCOOH 【解析】(1)由盖斯定律可知，反应①=反应②+反应③，；自发进行的条件ΔG=ΔH-TΔS＜0，ΔH＜0，ΔS＜0，故需要低温可自发； (2)反应②为吸热反应，生成物能量高于反应物，反应③为放热反应，生成物能量低于反应物能量，且反应①为放热反应，生成物能量低于反应物能量，且反应③为快反应，其活化能应低于反应②，结合以上信息可知选A； (3)向恒温恒压1 MPa的密闭容器中充入1 mol CO2、3 mol H2、6 mol He选择合适催化剂按反应，平衡时测得CO2的转化率为20%，列三段式， 则平衡时气体物质的量为，该反应的； (4)A．CFBR模式下，假设1molCO2做反应物，250℃时，，同理，230℃时，，所以温度较高时，有利于工业生产CH3OH，A错误；B．CFBR模式下，在原料气中掺入适量CO，利于CO与氢气反应转化成甲醇，可以提高CH3OH的选择性，B正确；C．增大压强，对于反应②无影响，对于反应①，平衡往气体分子数减小的正反应方向移动，二氧化碳转化率升高，C正确；D．CMR模式下，温度过高催化剂失活，反应速率反而下降，D错误；故选BC； (5)CMR模式下CO2的平衡转化率显著提高，原因在于分子筛膜催化反应器CMR有反应、分离气态水的双功能，使水蒸气移除反应体系，促进反应①、②正向移动，使CO2的平衡转化率显著提高； (6)电极B上CO2被还原为HCOOH，则电极B是阴极，电极反应式是CO2+2e-+2H+=HCOOH。 10．(2024-2025高二上·浙江省杭州钱塘区杭州四中·期末) “低碳经济”已成为全世界科学家研究的重要课题。为减小和消除CO2对环境的影响，一方面世界各国都在限制其排放量，另一方面科学家加强了对CO2创新利用的研究。 Ⅰ．CO2催化制取甲烷的反应为：CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g) ΔH==-162kJ·mol-1 已知：①CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) ΔH1＝-41kJ·mol−1 ②2CO(g)C(s)+CO2(g ΔH2 ③C(s)＋2H2(g)CH4(g) ΔH3＝-73kJ·mol−1 (1)则ΔH2＝ 。 Ⅱ．CO催化加氢制甲醇(CH3OH)是实现碳达峰、碳中和的途径之一，反应可表示为：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH3＝-49.0kJ·mol−1。为探究该反应原理，在容积为1L密闭容器中，充入1mol CO2和3.3 mol H2在某温度下发生反应，测得CO、CH3OH(g)和H2O(g)的物质的量(n)随时间的变化如图所示： (2)从反应开始到平衡，氢气的平均反应速率 。 (3)下列措施一定能使CO2的转化率增大且反应速率提升的是 。 A．在原容器中再充入1mol CO2 B．在原容器中再充入1molH2 C．在原容器中充入1mol氦气 D．使用更有效的催化剂 E．缩小容器的容积 F．将水蒸气从体系中分离 (4)一定条件下进行反应，测得反应5分钟时CO2转化率随温度变化关系如图所示。 ①已知A点为平衡状态，该温度下的平衡常数 (填计算结果)。 ②若在A点时向体系中同时加入0.1mol CO2和0.1mol H2O(g)，则此时 (填“>”，“<”或“=”)。 ③CO2的转化率先增大、后下降的原因分别是 。 【答案】(1)-171kJ/mol (2) (3)BE (4) 37.5 > 210~240℃时，反应未达到平衡，温度越高，速率越大，随着温度升高，相同时间内CO2的转化率逐渐增大；温度超过240℃时，反应达到平衡状态，反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，导致CO2的转化率逐渐减小 【解析】(1)由盖斯定律，反应②=反应①×2-反应③+CO2催化制取甲烷的反应，ΔH2=(-41×2+73-162)kJ/mol=-171kJ/mol。 (2)由图，从反应开始到平衡，氢气的平均反应速率； (3)A．在原容器中再充入1molCO2，CO2的量增大，反应速率增大，促进平衡正向移动，但是二氧化碳本身转化率减小，A错误；B．在原容器中再充入1molH2，反应物浓度增大，反应速率增大，化学平衡正向移动，CO2转化率增大，B正确；C．在原容器中充入1mol氦气，反应物和产物浓度都不变，化学平衡不移动，CO2转化率不变，C错误；D．催化剂只能影响反应速率，不影响化学平衡，CO2转化率不变，D错误；E．反应为气体分子数减小的反应，缩小容器体积，压强增大，反应速率增大，且化学平衡正向移动，CO2转化率增大，E正确；F．将水蒸气从体系中分离，产物浓度减小，反应速率减小，化学平衡正向移动，CO2转化率增大，F错误；故选BE。 (4)①A点CO2转化率为90%，则反应0.9mol二氧化碳，有： 则。②A点时向体系中同时加入0.1molCO2和0.1molH2O，则，此时反应正向进行，>。③210~240℃时，反应未达到平衡，温度越高，速率越大，随着温度升高，相同时间内CO2的转化率逐渐增大；温度超过240℃时，反应达到平衡状态，反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，导致CO2的转化率逐渐减小。 11．(2024-2025高二上·浙江省杭州师大附中·期末)甲醇是重要化工原料，应用前景广阔。利用CO2和H2合成甲醇的反应为： 主反应：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH1＜0 ① 副反应：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH2＞0 (1)有利于提高甲醇平衡产率的措施_______。 A．使用催化剂 B．加压择性 C．液化分离CH3OH D．升温 (2)恒容密闭容器中，上述反应体系在一定温度下反应，下列说法正确的是_______。 A．达到平衡时CH3OH和的浓度相等 B．CO2的体积分数保持不变说明反应达到平衡 C．达到平衡后充入H2O(g)，反应①②的逆反应速率增大、正反应速率减小 D．增大催化剂的比表面积，有利于提高二氧化碳的转化率 (3)500℃时，向容器中充入1molCO2和3molH2发生上述反应，若初始压强为p，达到平衡时，c(CO)=0.2mol·L-1，CO2的转化率为，则反应①的Kp= (Kp表示平衡分压代替平衡浓度求得的平衡常数，平衡分压总压气体物质的量分数)。 (4)在某温度下，向密闭容器中加入不同氢碳比[n(H2)：n(CO2)]的原料气。若只发生反应①，请在下图中画出平衡时甲醇体积分数的变化趋势： 。 (5) CO2加氢制甲醇的催化机理如图所示，该反应历程决速步骤的方程式为 。 (6)在一个恒容密闭容器中，按照n(CO2)：n(H2)=1：3投料，平衡时和CH3OH在含碳产物中的物质的量分数及CO2的转化率随温度的变化如图所示。请解释270~400℃范围内二氧化碳的转化率增大的原因 。 【答案】(1)BC (2)BD (3) (4) (5)或 (6)温度升高，反应①平衡逆向移动，反应②平衡正向移动；反应②平衡正向移动程度大于反应①平衡逆向移动程度 【解析】(1)A．催化剂不能使平衡移动，不能改变转化率，A错误；B．加压主反应正向移动，甲醇产率会提高，B正确；C．液化分离CH3OH，甲醇浓度降低，主反应正向移动，甲醇产率会提高，C正确；D．主反应为放热反应，升温主反应逆向移动，甲醇产率降低，D错误；故选BC； (2)A．平衡时，CH3OH和CO的浓度不再发生变化，但不一定相等，A错误；B．随着反应进行，会消耗二氧化碳，其体积分数会减小，则当其保持不变说明反应达到平衡，B正确；C．达到平衡后充入H2O(g)，则水蒸气的浓度增大，反应①②的逆反应速率增大，但是加入水蒸气的那一瞬间，反应物浓度不变，则正反应速率不变，C错误；D．选项中没有提出是平衡转化率，则增大催化剂的比表面积，可以加快反应速率，有利于提高二氧化碳的转化率，D正确；故选BD； (3)根据题给数据可得以下三段式： 则平衡时，总物质的量浓度=0.4mol/L+1.6mol/L+0.4mol/L+0.6mol/L+0.2mol/L=3.2mol/L，平衡时压强P平=，则主反应中各种物质的分压分别为：CO2：，H2：，CH3OH：，H2O：，故反应①的； (4)根据CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)反应可知，当投料氢碳比小于3时，增大氢碳比，二氧化碳转化率增大，即提高甲醇产率，甲醇的体积分数随氢碳比的增大而增大；氢碳比与反应的化学计量数之比相同，即为3时，甲醇的体积分数最大；当氢碳比超过3以后，甲醇产量随增多，但平衡后混合气体的总体积增大，对应的甲醇体积分数不断减小，所以其变化曲线如下； (5)在反应中，活化能大的步骤是决速步骤，则由图可知，该反应历程决速步骤的方程式为：或； (6)反应①为放热反应，反应②为吸热反应，则升温时，反应①逆向移动，反应②正向移动，则图中m代表CH3OH，n代表CO，结合图中信息可知，270~400℃范围内二氧化碳的转化率增大的原因：温度升高，反应①平衡逆向移动，反应②平衡正向移动；反应②平衡正向移动程度大于反应①平衡逆向移动程度。 12．(2024-2025高二上·浙江省下城区杭州十四中·期末)氨基甲酸铵(H2NCOONH4)为尿素生产过程的中间产物，易分解。某小组对氨基甲酸铵的分解实验进行探究。已知： I．N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH1＝-92.4kJ·mol−1 Ⅱ．C(s)＋O2(g)CO2(g) ΔH2＝-393.8kJ·mol−1 Ⅲ．N2(g)＋3H2(g)+ C(s)H2NCOONH4(s) ΔH3＝-645.7kJ·mol−1回答下列问题： (1)写出H2NCOONH4分解生成NH3与CO2气体的热化学方程式： 。 (2)恒容条件下，H2NCOONH4分解生成NH3与CO2气体，实验测得数据如下表所示： T/K 293 298 303 308 313 p/kPa 8.60 11.40 16.24 20.86 30.66 ①恒温恒容时，下列能够说明该反应已达到化学平衡状态的是 (填标号)。 A．容器内总压强不再改变 B． C．的值不再改变 D．NH3的体积分数不再改变 ②某温度下，该反应平衡时容器内总压强为p，写出该反应的压强平衡常数的计算式Kp= (用平衡分压代替平衡浓度，分压=总压物质的量分数)。 ③随着温度升高，Kp逐渐 (填“增大”、“减小”或“不变”)。 ④某温度下，达到平衡后，欲增加NH3的平衡浓度，可采取的措施有 (填标号)。 A．加H2NCOONH4 B．加催化剂 C．减小体积增大压强 D．移走CO2 (3)已知：(C为常数)，根据上表实验数据得到下图，则该反应的反应热ΔH＝ kJ·mol−1。 【答案】(1)H2NCOONH4(s)2NH3(g)+CO2(g) ΔH＝+159.5kJ·mol−1 (2) AC 增大 D (3)+144.2 【解析】(1)由盖斯定律，Ⅰ+Ⅱ-Ⅲ得：H2NCOONH4(s)2NH3(g)+CO2(g)； (2)①A．恒温恒容条件下，随着氨基甲酸铵的分解，容器内总压强不断增大，若压强不变，则反应达到平衡状态，故A正确；B．平衡时，NH3的正反应速率应该为CO2逆反应速率的2倍，即，故B错误；C．当反应达到平衡状态时，浓度商的值不再改变，故C正确；D．该反应生成的NH3和CO2的物质的量之比恒为2：1，故的体积分数一直不变，不能判断反应是否平衡，故D错误；故选AC；②总压强为p，NH3和CO2的物质的量之比恒为2：1，故各自分压、，；③根据表格中的数据，随着温度升高，压强增大，则Kp增大，其主要原因是：氨基酸的分解是吸热反应，升高温度有利于反应正向进行，NH3和CO2的平衡分压均增大，压强平衡常数增大；④A．加入：H2NCOONH4固体，不影响平衡移动，故A错误；B．加催化剂，不影响平衡移动，故B错误；C．减小体积增大压强，容器内各气体浓度瞬间增大，平衡逆向移动，但最终达到平衡后，由于Kp不变，p(NH3)与p(CO2)之比仍然满足2：1，则各气体浓度不变，故C错误；D．移走CO2，利于平衡正向移动，氨气的平衡浓度增大，故D正确；故选D； (3)图上的点代入得：69.50=-∆H×3.19×10-3+C和53.64=-∆H×3.30×10-3+C，联立求解得，∆H=+144.2kJ·mol−1。 13．(2024-2025高二上·浙江省杭州下沙区·期末)降低空气中二氧化碳的含量是当前研究热点。二氧化碳和氢气在一定条件下可转化为甲烷，转化过程中发生的反应如下： 反应I(主反应)：O2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g) ΔH1＝-164.7kJ·mol−1 反应Ⅱ(副反应)：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH2＝+41.2kJ·mol−1 (1)甲烷与二氧化碳制备合成气的反应为CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)，该反应的ΔH3＝ 。有利于反应I自发进行的条件是 (填“高温”或“低温”)。 (2)在实际化工生产过程中，下列措施能提高CO2的转化效率的是 。 a．在一定温度下，适当增大压强 b．总体积一定时，增大反应物CO2(g)与H2(g)的体积比 c．采用双温控制，前段加热，后段冷却 d．选取高效催化剂及增大催化剂的比表面积 (3) CO2催化加氢合成CH4的过程中，CO2活化的可能途径如图1所示(“*”表示物质吸附在催化剂上)，是CO2活化的优势中间体，原因是 。 (4)一定条件下，利用CO2也可以生产甲醇，主要涉及以下反应Ⅲ和反应Ⅱ。 反应Ⅲ．CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH1＝-49.4kJ·mol−1 假设在恒温密闭容器中，只发生反应Ⅱ和反应Ⅲ，CO2的平衡转化率和甲醇选择性[CH3OH =]随着温度变化关系如图2所示。 ①分析温度高于236℃后CO2转化率下降的原因 。 ②在244℃，向容积为V的容器内投入1molCO2(g)和3molH2(g)充分反应，则该温度下反应Ⅱ的平衡常数kII= 。(计算结果保留两位有效数字) (5)工业上也可用电化学法制备甲醇。采用如图3原电池制备甲醇。通入的一端发生的电极反应为 。 【答案】(1) +247.1kJ/mol 低温 (2)acd (3)生成中间体CO的反应的活化能小、反应速率快，且产物能量低、稳定，有利于生成 (4) 236℃以后，以反应Ⅲ为主，温度升高，反应Ⅲ平衡逆向移动 0.0019 (5)CO+4e-+4H+=CH3OH 【解析】(1)根据盖斯定律可知，由Ⅱ×2−Ⅰ可得CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g) ，根据ΔG=ΔH-TΔS＜0时反应可自发进行，反应I为熵减、放热反应，则低温条件有利于反应Ⅰ自发进行。 (2)a．在一定温度下，适当增大压强，反应速率增大，反应Ⅰ(主反应)的平衡正向移动，CO2的转化效率增大，故a符合题意；b．总体积一定时，增大反应物CO2(g)与H2(g)的体积比，CO2的转化效率降低，故b不符合题意；c．采用双温控制，前段加热，可使反应速率加快，后段冷却反应Ⅰ(主反应)的平衡正向移动，CO2的转化效率增大，故c符合题意；d．选取高效催化剂及增大催化剂的比表面积可加快反应速率，缩短到达平衡的时间，则CO2的转化效率增大，故d符合题意；故答案为：acd。 (3)由题图可知，生成中间体CO的反应的活化能小、反应速率快，且产物能量低、稳定，有利于生成，因此CO2催化加氢合成CH4的过程中，CO是CO2活化的优势中间体。 (4)①反应Ⅲ是放热反应，升温平衡逆向移动，生成CO2，反应Ⅱ是吸热反应，升温平衡正向移动，消耗CO2，且反应Ⅲ受温度影响更大，因此温度高于236℃后CO2转化率下降的原因为：236℃以后，以反应Ⅲ为主，温度升高，反应Ⅲ平衡逆向移动。②在244℃，向容积为V的容器内投入1molCO2(g)和3molH2(g)充分反应，由图可知，244℃时，CO2的转化率为10.5%，甲醇的选择性为58.3%，则生成CH3OH的物质的量为；生成CO的物质的量为； 则平衡时CO2、H2、CO、H2O和CH3OH的物质的量分别为0.895mol、2.773mol、0.044mol、0.105mol、0.061mol，则该温度下反应ⅡCO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)的平衡常数 。 (5)根据装置可知，CO在左侧电极得电子，转化为CH3OH，电解液为酸性，故电极反应为CO+4e-+4H+=CH3OH。 14．(2024-2025高二上·浙江省杭州四中·期末)为了实现“碳中和”，CO2资源再利用是目前研究的热点之一、 (1)中国空间站已实现有人长期驻留时代，空间站的水气整合系统利用法国化学家Paul Sabatier提出并命名的“Sabatier反应”实现了CO2甲烷化，配合O2生成系统可实现O2的再生。过程如下图所示： ①已知： 。 则Sabatier反应 。该反应在 条件下能自发进行(填“高温”、“低温”、“任意温度”)。 ②分别在V L恒温密闭容器A(恒容)、B(恒压，容积可变)中，加入和各的混合气体发生Sabatier反应。两容器中反应达平衡后放出或吸收的热量较多的是 (填“A”或“B”)。 ③研究发现Sabatier反应的历程，前三步历程如图所示。其中吸附在催化剂表面用“·”标注，表示过渡态。从物质吸附在催化剂表面到形成过渡态的过程会 (填“放出热量”或“吸收热量”)；反应历程中决定反应速率的步骤是 (填字母)。 a． b． c． ④空间站航天员利用两个碱性甲烷燃料电池串联后作为电源，模拟电解溶液再生，如图所示： 甲烷燃料电池工作时，负极的电极反应式为 ；闭合开关K后，a、b电极上均有气体产生，其中b电极上得到的是 (填化学式)；当每个电池消耗甲烷(标准状况)时，理论上最多能够制得氧气 L(标准状况)。 (2)以CO2和H2为原料在一定条件下可以合成燃料，假设体系中只发生以下反应： Ⅰ．   Ⅱ．   改变反应温度，分别测得Pa、Pb、Pc (单位MPa)下CO2的平衡转化率以及时生成CH3OH、CO选择性(S)的变化如图(选择性为目标产物在总产物中的比率，即％；％)。 ①图中a、b和c分别代表PaMPa、PbMPa、PcMPa下CO2平衡转化率随温度变化趋势的曲线，则Pa、Pb、Pc从大到小的关系为 。 ②在下CO2平衡转化率随温度升高先降低后升高的原因是 。 ③随着温度升高，a、b和c三条曲线接近重合的原因是 。 【答案】(1)164.0 低温 B 吸收热量 a CH4+10OH--8e-= CO32-+7H2O H2 4.48 (2) Pa＞Pb＞Pc 开始升温时以反应Ⅰ为主，反应放热，平衡逆向移动，CO2平衡转化率下降。升高到一定温度后，以反应Ⅱ为主，反应吸热，平衡正向移动，CO2平衡转化率上升 随着反应温度升高，CO选择性极高，反应Ⅱ占主要因素，且反应Ⅱ前后气体分子数相等，压强不改变CO2平衡转化率 【解析】(1)①已知：ⅰ ⅱ ⅲ 。 根据盖斯定律，4×ⅰ-ⅱ +2×ⅲ得：CO2(g)+4H2(g)⇌CH4(g)+2H2O(g)ΔH=-164.0 kJ/mol。该反应为熵减的放热反应，根据ΔH－TΔS＜0时自发，则低温条件下反应能自发进行。②分别在V L恒温密闭容器A(恒容)、B(恒压，容积可变)中，加入CO2和H2各1mol的混合气体发生Sabatier反应：CO2(g)+4H2(g)⇌CH4(g)+2H2O(g)ΔH=-164.0 kJ/mol。该反应的正反应是气体总分子数减小的放热反应，反应过程中气体分子总数减小、B容积减小，则恒压条件下反应正向进行的程度大，故容器B达到平衡时放出的热量多。③从图分析，每个从物质吸附在催化剂表面到形成过渡态的过程会吸收热量；活化能最大的一步是决速步，由图可知，a．步活化能最大，则反应历程中决定反应速率的步骤是a。④闭合开关K后，甲烷燃料电池工作时，负极甲烷失去电子转变为碳酸根，电极反应式为CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O；氧气得到电子发生还原反应，通入氧气的电极为正极。电极a连接电源的正极，电极b连接电源的负极，则a为阳极、b为阴极， a、b电极上均有气体产生，其中b电极上水提供的氢离子得到电子被还原、得到的是H2；a电极上水提供的氢氧根离子失去电子得到的是O2；当每个电池消耗1.12L甲烷(标准状况)时，反应中消耗甲烷总物质的量为n(CH4)= ，反应过程中转移电子的物质的量n(e-)=0.1 mol×8=0.8 mol，根据电子转移守恒可知，结合4OH--4e-=O2↑+2H2O，理论上最多能够制得氧气0.2 mol×22.4 L/mol=4.48 L(标准状况)。 (2)①反应I为气体体积减小的反应，增大压强，平衡向正反应方向移动，二氧化碳的转化率增大，反应Ⅱ是气体体积不变的反应，增大压强，平衡不移动，二氧化碳的转化率不变，则增大压强，二氧化碳的转化率增大，由图可知，Pa、Pb、Pc条件下二氧化碳的转化率依次减小，则压强Pa、Pb、Pc由大到小的顺序为Pa＞Pb＞Pc。②Ⅰ为放热反应，Ⅱ为吸热反应，在Pb MPa下CO2平衡转化率随温度升高先降低后升高的原因是：开始升温时以反应Ⅰ为主，反应放热，平衡逆向移动，CO2平衡转化率下降。升高到一定温度后，以反应Ⅱ为主，反应吸热，平衡正向移动，CO2平衡转化率上升。③反应I为气体体积减小的反应，反应Ⅱ是气体体积不变的反应，则T＞350℃时，随着温度升高，Pa、Pb、Pc对应的a、b和c三条曲线接近重合的原因是：随着反应温度升高，CO选择性极高，反应Ⅱ占主要因素，且反应Ⅱ前后气体分子数相等，压强不改变CO2平衡转化率。 15．(2024-2025高二上·浙江省杭州拱墅区源清中学·期末)按要求填空： I．工业上硫代硫酸钠(Na2S2O3)的制备和应用相关流程如图所示。 (1)已知：，写出反应①生成化合物A的离子反应方程式： 。 (2)在反应③和“电沉积”得到Ag的过程中，下列说法不正确的是___________。 A．反应③的离子反应方程式为Ag++2S2O32-=[Ag(S2O3)2]3- B．Na3[Ag(S2O3)2]与KI能反应生成AgI，说明 C．电解池中阴极的电极反应是[Ag(S2O3)2]3-+e-=Ag+2S2O32- D．电解池阴极区溶液经过处理可在该流程中循环利用 (3)已知反应：I2+2S2O32-=S4O62-+2I-，S2O32-的结构为：，试判断S4O62-的结构为下图中的 (填“甲”或“乙”)。 Ⅱ．氯碱工业能耗大，通过如图改进的设计可大幅度降低能耗。 (4)该装置工作时，电极B的电极反应式为 。 (5)若电源选用铅酸蓄电池，当产生标准状况下11.2LCl2时，正极质量变化为 g。 【答案】(1)HSO3-+CO32-=SO32-+HCO3- (2)A (3)甲 (4) O2+2H2O+4e-=4OH- (5)32 【解析】NaHSO3与Na2CO3反应生成化合物A ，化合物A与S反应生成Na2S2O3，Na2S2O3 与AgBr反应后经电沉积得到Ag。反应①依据，HSO3-酸性强于HCO3-。NaHSO3与Na2CO3反应时，应HSO3-提供氢离子，发生反应HSO3-+CO32-=SO32-+HCO3-，生成的化合物A为Na2SO3。反应②Na2SO3 (化合物A)与S反应生成Na2S2O3，化学方程式为Na2SO3+S=Na2S2O3，这是制备硫代硫酸钠的关键反应。 反应③Na2S2O3与AgBr反应，AgBr少量，Br-不参与反应，离子方程式为AgBr+2S2O32-=[Ag(S2O3)2]3-+Br-，形成配合物Na3[Ag(S2O3)2]。电沉积，配合物Na3[Ag(S2O3)2]在阴极发生反应[Ag(S2O3)2]3-+e-=Ag+2S2O32-，得到Ag ，阴极区溶液含S2O32-，经处理可循环利用。 (1)根据可知，NaHSO3与Na2CO3反应，HSO3-酸性强于HCO3-，HSO3-提供氢离子与CO32-反应生成HCO3-，离子反应方程式为HSO3-+CO32-=SO32-+HCO3-。 (2)A．由分析可知，反应③为硫代硫酸钠溶液与溴化银反应二硫代硫酸根合银酸钠和溴化钠，反应的离子方程式为AgBr+2S2O32-=[Ag(S2O3)2]3-+Br-，故A错误；B．Na3[Ag(S2O3)2]与KI能反应生成AgI沉淀，而没有生成AgBr沉淀，根据溶解度小的沉淀优先生成可知AgI的溶解度小于AgBr，说明Ksp(AgI)< Ksp(AgBr)，故B正确；C．电沉积时，[Ag(S2O3)2]3-在阴极得电子生成Ag和S2O32-，电极反应式[Ag(S2O3)2]3-+e-=Ag+2S2O32-，故C正确；D．Na3[Ag(S2O3)2] “电沉积”得到Ag，H2O在阳极失去电子生成O2和H+，S2O32-和H+反应会生成S和SO2，可在该流程中循环利用，故D正确；故选A。 (3)I2+2S2O32-=S4O62-+2I-是氧化还原反应，S2O32-中S平均价态为 + 2价，反应后生成的S4O62-中S的平均价态升高，S4O62-中含S - S键，推测其结构为甲。 (4)从装置图可知，电极B处O2得电子生成OH-，发生还原反应，作阴极，电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-。 (5)标准状况下11.2L Cl2的物质的量为，根据2Cl--2e-=Cl2↑，则转移电子1mol，铅酸蓄电池正极反应为PbO2+4H++SO42-＋2e-=PbSO4+2H2O，每转移2mol电子，PbO2转化为PbSO4，正极质量增加64g，转移1mol电子时，0.5mol PbO2转化，质量增加32g。 1 / 35 学科网（北京）股份有限公司 $