压轴题(四) 化学原理综合（教师用书word）-【步步高】2025年高考化学大一轮复习讲义（人教版 浙江专用）

压轴题(四)　化学原理综合 1．苯乙烯是用来制备重要高分子聚苯乙烯的原料。以水蒸气做稀释剂、催化剂存在条件下，乙苯催化脱氢可生成苯乙烯。可能发生如下两个反应： 主反应：C6H5C2H5(g)C6H5CH===CH2(g)＋H2(g)　ΔH1＝＋117.5 kJ·mol－1 副反应：C6H5C2H5(g)＋H2(g)C6H5CH3(g)＋CH4(g)　ΔH2 (1)已知，在298 K、101 kPa条件下，某些物质的相对能量(ΔH)变化关系如图所示。 ΔH2＝________ kJ·mol－1。 (2)在不同的温度条件下，以水烃比＝9投料，在膜反应器中发生乙苯脱氢反应。膜反应器可以通过多孔膜移去H2，提高乙苯的平衡转化率，原理如图所示。 已知：H2移出率Y(H2)＝×100%。 ①忽略副反应。维持体系总压强p恒定，在温度T时，已知乙苯的平衡转化率为α，H2的移出率为b，则在该温度下主反应的平衡常数Kp＝________(用α等符号表示)。[对于气相反应，用某组分B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，如p(B)＝p·x(B)，p为平衡总压强，x(B)为平衡系统中B的物质的量分数]。 ②乙苯的平衡转化率增长百分数与H2的移出率在不同温度条件下的关系如下表： 温度/℃ 增长百分数/%H2 移出率/% 700 950 1 000 60 8.43 4.38 2.77 80 16.8 6.1 3.8 90 27 7.1 4.39 高温下副反应程度极小。试说明当温度高于950 ℃时，乙苯的平衡转化率随H2的移出率的变化改变程度不大的原因：________________________________________________________ ______________________________________________________________________________。 ③下列说法正确的是________(填字母)。 A．生成H2的总物质的量与苯乙烯相等 B．因为H2被分离至隔离区，故反应器中不发生副反应 C．在恒容的膜反应器中，其他条件不变，增大水烃比，可提高乙苯的转化率 D．膜反应器可降低反应温度，减少副反应的影响 (3)不同催化剂效能与水烃比有关。保持体系总压为常压的条件下，水烃比为9(曲线Ⅰ)时乙苯的平衡转化率与温度的关系的示意图如图。 ①请在图中画出水烃比为1时乙苯的平衡转化率与温度的关系曲线(曲线Ⅱ)。 ②工业上，减小水烃比是降低苯乙烯脱氢装置能耗的一个重要方向。若其他条件不变，减少水烃比，为使反应从起始到平衡均达到或接近原有的反应速率、限度，则可相应的改变的条件是____________________(填字母)。 A．升温 B．降温 C．增压 D．减压 E．催化剂 答案　(1)－54.6　(2)①　②主反应吸热，温度高于950 ℃时，乙苯的平衡转化率很大(或平衡常数很大)，H2的移出率对平衡转化率的影响很小(或主反应吸热，温度高于950 ℃时，温度对于主反应的影响大于H2的移出率对平衡转化率的影响)　③D　(3)①　②AE 2．H2S的吸收与利用有多种形式，根据下列研究回答： Ⅰ.干法脱硫：2H2S(g)＋3O2(g)===2SO2(g)＋2H2O(l)　ΔH1＝－1 124.4 kJ·mol－1 S(s)＋O2(g)===SO2(g)　ΔH2＝－296.8 kJ·mol－1 (1)空气氧化脱除H2S反应：2H2S(g)＋O2(g)===2S(s)＋2H2O(l)的ΔH＝________ kJ·mol－1。 Ⅱ.H2S高温裂解反应：2H2S(g)===2H2(g)＋S2(g) (2)不同温度下，具有一定能量的分子百分数与分子能量的关系如图1所示，E表示某温度下分子的平均能量，Ec是活化分子具有的最低能量，阴影部分的面积反映活化分子的百分数，则图中T1________(填“>”“＝”或“<”)T2。 (3)若T1温度下使用催化剂，请在图1中画出相应的活化分子百分数变化。 (4)在恒容密闭真空容器中，充入H2S进行高温裂解反应，初始时容器内压强为p，反应温度为900 ℃。实验过程中控制不同温度，测得H2S的转化率如图2所示，其中曲线a表示H2S的平衡转化率与温度的关系，曲线b表示不同温度下反应经过相同时间时H2S的转化率。下列说法正确的是__________(填字母)。 A．分别达到A、B、C点时，反应时间为tB>tA>tC B．A点时容器内压强为1.2p C．B点H2S的分解速率大于C点 D．高温时a、b两曲线重合的原因是温度升高反应速率加快 答案　(1)－530.8　(2)< (3)　(4)D 3．作为国际公认的清洁能源，甲醇(CH3OH)作为车用燃料对于节能减排有重要意义。回答下列问题： Ⅰ.在600 K的条件下可由CH3Cl和H2O反应生成CH3OH，同时CH3OH可继续分解为(CH3)2O。下列平衡同时存在： ⅰ.CH3Cl(g)＋H2O(g)CH3OH(g)＋HCl(g)　ΔH1＝a kJ·mol－1 ⅱ.2CH3OH(g)(CH3)2O(g)＋H2O(g)　ΔH2＝b kJ·mol－1 (1)对于反应ⅲ.2CH3Cl(g)＋H2O(g)(CH3)2O(g)＋2HCl(g)　ΔH3＝________(用含a、b的代数式表示)。 (2)600 K时，向恒容密闭容器中通入等物质的量的CH3Cl(g)与H2O(g)(总压为200 kPa)，15 min后达到平衡，测得反应体系中HCl的分压为4.8 kPa，H2O的分压为96.1 kPa，该时间段内v(CH3OH)＝________ kPa·min－1，反应ⅱ以分压表示的平衡常数Kp＝__________。 (3)通过测定和计算不同温度下反应ⅱ与反应ⅲ的平衡常数K，得到ln K～T为线性关系，如图1所示。 ①温度为T1时，反应ⅰ的平衡常数K1＝________________________________________________________________________。 ②根据图像判断反应ⅰ的ΔH1________(填“＞”或“＜”)0，写出推理过程：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 ③温度为T2时，向某密闭容器中通入等物质的量的CH3Cl(g)与H2O(g)在一定条件下只发生反应ⅰ，则平衡体系中HCl的物质的量分数为__________(填字母)。 a．0.5 b．小于0.25 c．0.25 d．0.25～0.5 e．大于0.5 Ⅱ.甲醇也可通过电化学方法由甲烷直接制得，装置如图2所示。 已知电解生成CH3OH的过程分为3步： ①通电时，氯离子先转化为高活性的原子氯(Cl·)； ②Cl·与吸附在电极上的CH4反应生成HCl和CH3Cl； ③在碱性电解液中，CH3Cl转化为目标产物CH3OH。 (4)当步骤①中有2 mol Cl·生成时，外电路中转移的电子数为________________(用含NA的代数式表示)。 (5)阴极的电极反应式为________________________________。 答案　(1)(2a＋b) kJ·mol－1　(2)0.2　9.61 (3)①1　②＞　已知T1＜T2，K＝，ln K1(T1)－ln K1(T2)＝[ln K3(T1)－ln K3(T2)]＋[ln K2(T2)－ln K2(T1)]＜0，则ln K1(T1)＜ln K1(T2)　③d　(4)2NA　(5)2H2O＋2e－===H2＋2OH－ 4．氢能源是最具应用前景的能源之一。甲烷-水蒸气催化重整制氢(SMR)是一种制高纯氢的方法之一，其涉及的主要反应如下： 反应Ⅰ：CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)　ΔH1＝＋206.3 kJ·mol－1 反应Ⅱ：CH4(g)＋2H2O(g)CO2(g)＋4H2(g)　ΔH2 反应Ⅲ：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　ΔH3＝－41.1 kJ·mol－1 (1)反应Ⅱ 能自发进行的条件是__________________________________________________ ______________________________________________________________________________。 (2)一定温度下，向某容积为1 L的恒容容器中按照水碳比[＝3]充入a mol CH4(g)和3a mol H2O(g)，t min后反应达到平衡。达到平衡时，容器中CO为m mol，CO2为n mol。 ①下列说法不正确的是________(填字母)。 A．为防止催化剂中毒和安全事故发生，需对原料气进行脱硫等净化处理 B．提高水碳比[]，有利于提高H2的产率 C．升高温度有利于反应Ⅰ、Ⅱ的平衡正向移动，温度越高越好 D．以Ni/γ-Al2O3作催化剂，降低反应活化能，提高反应速率和原料利用率 ②反应 Ⅲ 的平衡常数K＝________(用含a、m、n的代数式表示)。 (3)650 ℃(局部温度过高会造成积碳)、按照一定流速通入原料气，当水碳比[]一定时，催化剂中无添加吸附剂和添加P-Li4SiO4吸附剂(吸收CO2)，各气体组分反应的平衡含量与时间的关系如图所示： ①催化剂中添加P-Li4SiO4吸附剂与无添加吸附剂比较，t1 min前H2的平衡含量升高，CO2、CO和CH4的平衡含量降低；t1 min后H2的平衡含量降低，CO2、CO和CH4的平衡含量升高，最后与无添加吸附剂时的含量相同，可能的原因是__________________________________ ______________________________________________________________________________。 ②实验时发现t1 min后CO2的平衡含量低于理论平衡值，CO的平衡含量高于理论平衡值，可能的原因是__________________________________________________________________ ____________________________________________________________(用化学方程式表示)。 (4)该反应常采用钯膜分离技术(可选择性地让某气体通过而离开体系)，其机理如图所示，其中过程2：H2]2H*，其活化能Ea(正)<Ea(逆)；过程3：H*在钯膜内的迁移速率是决速步骤(*表示物质吸附在催化剂表面)，下列说法不正确的是___________________________(填字母)。 A．钯膜对H2分子的透过具有选择性 B．过程4的ΔH<0 C．采用钯膜分离技术可以提高原料的利用率 D．常用N2将过程5中的H2吹扫出反应器，增大钯膜两侧的压强差，提高过程1、3速率而促进反应 答案　(1)高温　(2)①CD　②　(3)①添加P-Li4SiO4吸附剂，降低了CO2的浓度，反应 Ⅱ、Ⅲ 平衡正向移动；t1 min后，P-Li4SiO4吸附剂失效　②CO2＋C2CO　(4)B 学科网（北京）股份有限公司 $