北京市2023年高考化学模拟题汇编-08化学反应的热效应

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北京市2023年高考化学模拟题汇编-08化学反应的热效应
一、单选题
1．（2023·北京东城·统考一模）CH4/CO2催化重整的反应为①CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) △H1其中，积炭是导致催化剂失活的主要原因。产生积炭的反应有：
②CH4(g)C(s)+2H2(g) △H2=+74.6kJ•mol-1
③2CO(g)C(s)+CO2(g) △H3=-172.5kJ•mol-1
科研人员研究压强对催化剂活性的影响：在1073K时，将恒定组成的CO2、CH4混合气体，以恒定流速通过反应器，测得数据如图。

注：Ra是以CH4的转化率表示的催化剂活性保留分率，即反应进行到某一时刻的催化剂活性与反应初始催化剂活性之比。
下列分析不正确的是
A．△H1=+247.1kJ•mol-1
B．压强越大，Ra降低越快，其主要原因是反应①平衡逆向移动
C．保持其他条件不变，适当增大投料时，可减缓Ra的衰减
D．研究表明“通入适量O2有利于重整反应”，因为O2能与C反应并放出热量
2．（2023·北京丰台·统考一模）下列三个化学反应焓变、平衡常数与温度的关系分别如下表所示。下列说法正确的是
化学反应
平衡常数
温度
973K
1173K
①    

1.47
2.15
②        

2.38
1.67
③    

a
b

A．1173K时，反应①起始，平衡时约为0.4
B．反应②是吸热反应，
C．反应③达平衡后，升高温度或缩小反应容器的容积平衡逆向移动
D．相同温度下，；
3．（2023·北京石景山·统考模拟预测）CO2催化加氢制CH4的反应为：。催化剂上反应过程示意如图1所示。其他条件不变时，CO2的转化率和CH4的选择性(CO2转化为甲烷的量/ CO2转化的总量)随温度变化如图2所示。下列说法不正确的是

A．催化剂改变了中O—C—O键的键角
B．150℃到350℃时，基本没有发生副反应
C．催化加氢制是一个吸热反应
D．结合下列热化学方程式，可以通过盖斯定律计算加氢制的反应热  、  
4．（2023·北京西城·北京四中校考模拟预测）用Cl2生产某些含氯有机物时会产生副产物HCl。利用反应a可实现氯的循环利用：
反应a：4HCl(g)+O2(g)=2Cl2(g)+2H2O(g)    ∆H=-115.6kJ/mol
已知：i.      
ii.H2O(g)=H2O(l)   ΔH2 =-44 kJ·mol-1
下列说法不正确的是
A．反应a中反应物的总能量高于生成物的总能量
B．反应a中涉及极性键、非极性键的断裂和生成
C．4HCl(g) ＋ O2(g) = 2Cl2(g) ＋ 2H2O(l)  ΔH3 = -159.6kJ·mol-1
D．断开1 mol H-O 键与断开 1 mol H-Cl 键所需能量相差约为31.9 kJ

二、原理综合题
5．（2023·北京房山·统考一模）氢气是一种清洁能源，氢气的制取与储存是氢能源利用领域的研究热点。
Ⅰ.制取氢气
(1)甲醇和水蒸气制取氢气的过程中有下列反应：
   kJ·mol
   kJ·mol
写出以甲醇为原料制取氢气的热化学方程式___________。
(2)理论上，能提高平衡产率的措施有___________(写出一条即可)。
Ⅱ.储存氢气
硼氢化钠()是研究最广泛的储氢材料之一
已知：
i．B的电负性为2.0，H的电负性为2.1
ii．25℃下在水中的溶解度为55 g，在水中的溶解度为0.28 g
(3)在配制溶液时，为了防止发生水解反应，可以加入少量的___________(填写化学式)。
(4)向水溶液中加入催化剂Ru/NGR后，能够迅速反应，生成偏硼酸钠()和氢气。写出该反应的化学方程式___________。
(5)在研究浓度对催化剂Ru/NGR活性的影响时，发现B点后(见图1)增加的浓度，制氢速率反而下降，推断可能的原因是___________。

(6)用惰性电极电解溶液可制得，实现物质的循环使用，制备装置如图2所示。

①钛电极的电极反应式是___________。
②电解过程中，阴极区溶液pH___________(填“增大”“减小”或“不变”)
6．（2023·北京西城·统考一模）镁基储氢材料MgH2具有储氢量高、成本低廉等优点，发展前景广阔。
Ⅰ.MgH2热分解放出H2
MgH2(s)Mg(s)+H2(g)    ΔH=+75kJ/mol
该反应的能量变化如图。

(1)E1=_____。
(2)提高H2平衡产率的措施有_____(答2条)。
Ⅱ.MgH2水解制备H2
(3)MgH2与H2O反应制备H2的化学方程式是_____。
(4)MgH2与H2O反应时，最初生成H2的速率很快，但随后变得很缓慢，原因是_____。
(5)MgCl2、NiCl2、CuCl2等盐溶液能提升MgH2的水解性能。1mol/L的几种盐溶液对MgH2水解制备H2的性能曲线如图。

已知：ⅰ.
物质
Mg(OH)2
Ni(OH)2
Cu(OH)2
Ksp
5.6×10-12
5.5×10-16
2.2×10-20

ⅱ.MgH2在MCl2(M代表Mg、Ni、Cu)溶液中水解的示意图如图。

①NiCl2溶液制备H2的性能优于MgCl2溶液，原因是_____。
②MgH2在MgCl2溶液中制备H2的性能不如在NiCl2溶液中优异，但使用MgCl2溶液利于发展“镁－氢”循环经济，原因是_____。
③CuCl2溶液制备H2的性能不如NiCl2溶液，可能的原因是_____。
7．（2023·北京平谷·统考模拟预测）氢气作为清洁能源有着广泛的应用前景，请回答下列问题：
I.转化脱硫：将天然气压入吸收塔，30℃时，在T.F菌作用下，酸性环境中脱硫过程示意图如下。

(1)过程ii的离子方程式是_______。
II.蒸气转化：在催化剂的作用下，水蒸气将氧化。结合图回答问题。

(2)写出甲烷和水蒸气反应生成二氧化碳和氢气的热化学方程式：_______。
(3)第II步为可逆反应。在800°C时，恒容密闭容器中CO的起始浓度为a mol/L，水蒸气的起始浓度为1.5a mol/L，达到化学平衡状态后，CO平衡转化率为60%，则此反应的平衡常数k=_______。
(4)在固态金属氧化物电解池中，高温共电解混合气体制备和CO，基本原理如图所示，X是电源的_______极(填“正”或“负”)，电解池中阴极的反应式是_____和_______。

8．（2023·北京朝阳·北京八十中校考模拟预测）我国提出 2060 年前实现碳中和，为有效降低大气 CO2中的含量，以 CO2为原料制备甲烷、戊烷、甲醇等能源物质具有较好的发展前景。CO2在固体催化剂表面加氢合成甲烷过程中发生如下反应：
Ⅰ．主反应：CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g) ∆H1＝－156.9 kJ·mol－l
Ⅱ．副反应：CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g) ∆H2＝＋41.1 kJ·mol－l
(1)已知：Ⅲ．2H2(g)＋O2(g)＝2H2O(g) ∆H3＝－395.6 kJ·mol－l
Ⅳ．CH4(g)＋2O2(g)＝CO2(g)＋2H2O(g) ∆H4＝__________。
(2)CO2加氢合成甲烷时，通常控制温度为 500 °C 左右，其可能的原因为_______。
A．反应速率快 B．平衡转化率高
C．催化剂活性高 D．主反应催化剂选择性好
(3)500 °C 时，向 1 L 恒容密闭容器中充入 4 mol CO2和 12 mol H2，初始压强为 p，20 min 时主、副反应都达到平衡状态，测得 c(H2O)＝5 mol·L－1，体系压强为3/4 p， 则 0~ 20 min 内 v(CH4)＝________，平衡时 CH4选择性＝ ___________(CH4选择性=× 100%， 计算保留三位有效数字)。
(4)以 CO2催化加氢合成的甲醇为原料，在催化剂作用下可以制取丙烯，反应的化学方程式为 3CH3OH(g) C3H6(g)＋3H2O(g)。该反应的 Arrhenius 经验公式的实验数据如图中曲线 a 所示，已知 Arhenius 经验公式，(Ea为活化能，k 为速率常数，R 和 C 为常数)。当改变外界条件时，实验数据如图中的曲线 b 所示，则实验可能改变的外界条件是  __________。

9．（2023·北京顺义·一模）是重要的化学试剂，在实验室和实际生产中应用广泛。
I.蒽醌法是工业上合成的主要方法，蒽醌法的反应过程如下。

(1)已知：  
  
蒽醌法生产总反应的热化学方程式    _______
(2)反应a的反应类型为_______。
(3)向反应b后的溶液可以加入蒸馏水为萃取剂，分析蒸馏水能做萃取剂的原因_______。
II.我国科学家设计如下图所示的光电催化体系，该体系利用双极膜既能将转化为所释放的化学能用于驱动阴极的高效生成，同时还可以实现烟气脱。

(4)阳极的电极反应为_______。
(5)理论上每生成，可以实现烟气脱的物质的量为_______mol。
III.测定含量：
(6)取所得水溶液amL，用酸性溶液滴定，消耗酸性溶液vmL。已知：的还原产物是。
①酸性溶液与反应的离子方程式为_______。
②所得水溶液中的物质的量浓度为_______。
10．（2023·北京海淀·北理工附中校考模拟预测）CO2的绿色减排、捕捉、转化是人类可持续发展的重要战略之一。
（1）CO2来源之一是汽车尾气

①根据上图，写出气缸内产生NO的热化学方程式________。
②写出转换器中在催化剂作用下NOx和CO反应的化学方程式________。

③在催化转换器中机动车尾气转化效率与空燃比（空气与燃油气的体积比）的关系如右图。若空燃比小于14.7，氧气不足，CxHy和CO不能被完全氧化，导致其转化效率降低；若空燃比大于14.7，则NOx的转化效率降低，原因是________。
（2）利用NaOH溶液可以“捕捉” CO2
已知：0.448L CO2（已折算标准状况）被NaOH溶液充分吸收，得到100mL含有Na2CO3和NaHCO3的吸收液。
①向吸收液中加入足量BaCl2溶液得到沉淀，经过滤、洗涤、干燥后，称重为1.97g，则吸收液中c(Na2CO3) = ________。（该条件下NaHCO3与BaCl2不反应）
②对该吸收液，下列判断正确的是________。
a . c (CO32- ) > c (HCO3- )
b. 2c (CO32- ) + c (HCO3- ) + c (OH- ) = c (H+ ) + c (Na+ )
c. c (H2CO3) + c (HCO3- ) + c (CO32- ) =0.2mol•L-1
（3）工业上可用CO2来制甲醇
①CO2 (g) + 3H2(g) CH3OH(g) + H2O(g) ΔH < 0
根据图1分析，实际工业生产中，反应温度选择250℃的理由________。
②利用光电催化原理，由CO2和H2O制备CH3OH的装置如图2。写出右侧的电极反应式________。


参考答案：
1．B
【详解】A．根据盖斯定律，①=②-③，△H1=△H2-△H3=+247.1kJ•mol-1，A正确；
B．压强越大，Ra降低越快，说明催化剂活性降低越快，积碳越多，其主要原因是反应③为气体体积减小的反应，加压平衡正向移动，使得积碳增多，B错误；
C．由选项B分析知，保持其他条件不变，适当增大投料时，增大CO2浓度，使反应③平衡逆向移动，减少积碳，可减缓Ra的衰减，C正确；
D．通入适量O2，O2能与C反应并放出大量的热，可减少积碳减缓Ra的衰减，同时反应放热使得反应①正向移动，有利于重整反应，D正确；
故选B。
2．D
【详解】A．1173K时，反应①起始，，，x≈0.4，平衡时约为0.2，A错误；
B．升温，化学平衡常数减小，说明平衡向逆反应方向移动，所以②的正反应为放热反应，，B错误；
C．根据盖斯定律可知②-①可得③，故，a=1.62，b=0.78，升温，化学平衡常数减小，说明平衡向逆反应方向移动，所以，反应③达平衡后，升高温度平衡逆向移动，但是由于反应两端气体的化学计量数之和相等缩小反应容器的容积化学平衡不移动，C错误；
D．相同温度下，根据盖斯定律可知②-①可得③，故；，D正确；
故选D。
3．C
【详解】A．由题干图1反应历程图信息可知，CO2的键角为180°，而Ni-CO2的键角不是180°，故催化剂改变了CO2中O—C—O键的键角，A正确；
B．由题干图2信息可知，150℃到350℃时，CH4的选择性基本为100%，说明该温度范围内基本没有发生副反应，B正确；
C．由题干图2信息可知，升高温度，CO2的转化率增大，而CH4的选择性基本不变，说明该温度范围内基本无副反应发生，但题干未告知CO2转化率是不是平衡转化率，故无法判断CO2催化加氢制CH4是一个吸热反应还是吸热反应，C错误；
D．已知CO2加氢制备CH4的总的热化学反应为：CO2(g)+4H2(g)=CH4(g)+2H2O(g) ，根据盖斯定律可知，通过下列热化学方程式①  、②  ，可以盖斯定律计算CO2加氢制CH4的反应热为-()=-()=-164.9kJ/mol，D正确；
故答案为：C
4．C
【详解】A．由反应a：4HCl(g)+O2(g)=2Cl2(g)+2H2O(g) ∆H=-115.6kJ/mol，该反应为放热反应，即反应物的总能量高于生成物的总能量，故A不选；
B．由4HCl(g)+O2(g)=2Cl2(g)+2H2O(g)可知，反应a中涉及极性键、非极性键的断裂和生成，故B不选；
C．根据盖斯定律可知，4HCl(g) ＋ O2(g) = 2Cl2(g) ＋ 2H2O(l) ΔH3 = -203.6kJ·mol-1，故选C；
D．设H-O的键能为，H-Cl的键能为，由题意有，则，故D不选。
答案选C。
5．(1)CH3OH(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g) +50 kJ·mol
(2)将H2分离出来降低H2浓度或者减小压强
(3)NaOH
(4)+2H2O+4H2
(5)浓度过高会导致催化剂Ru/NGR活性降低
(6)     6H2O+BO+8e-=BH+8OH-     增大

【详解】（1）已知①   kJ·mol；②   kJ·mol；由盖斯定律可知，①+②即可得到甲醇为原料制取氢气的热化学方程式：CH3OH(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g) +91 kJ·mol-41 kJ·mol=+50 kJ·mol。
（2）理论上，及时将H2分离出来降低H2浓度或者减小压强都可以使平衡正向移动，提高平衡产率。
（3）是强碱弱酸盐，其溶液呈碱性，可以加入少量的NaOH抑制且的水解。
（4）向水溶液中加入催化剂Ru/NGR后，能够迅速反应，生成偏硼酸钠()和氢气，该反应的化学方程式为：+2H2O+2H2。
（5）在研究浓度对催化剂Ru/NGR活性的影响时，发现B点后(见图1)增加的浓度，制氢速率反而下降，可能的原因是浓度过高会导致催化剂Ru/NGR活性降低。
（6）①用惰性电极电解溶液可制得，钛电极为阴极，BO在阴极得到电子生成BH，根据得失电子守恒和电荷守恒配平电极方程式为：6H2O+BO+8e-=BH+8OH-；
②阴极电极方程式为：6H2O+BO+8e-=BH+8OH-，阴极区OH-浓度增大，pH增大。
6．(1)160kJ/mol
(2)高温、低压、及时移走H2
(3)MgH2+2H2O=Mg(OH)2+2H2↑
(4)产物Mg(OH)2逐渐覆盖在MgH2表面，减少了MgH2与H2O的接触面积
(5)     Ksp[Ni(OH)2]＜Ksp[Mg(OH)2)]，Ni2+结合H2O电离的OH-的能力强于Mg2+，更有利于H2的产生     反应后固体生成物仅有Mg(OH)2，便于回收利用；分离除去Mg(OH)2，可以循环使用MgCl2溶液     MgH2将Cu2+还原为难溶固体覆盖在MgH2表面，阻止反应持续发生

【详解】（1）焓变等于正反应的活化能减去逆反应的活化能，则ΔH=E1-E2=E1-85kJ/mol=+75kJ/mol，解得E1=160kJ/mol；
（2）该反应为体积增大的吸热反应，则提高H2平衡产率的措施有高温、低压、及时移走H2；
（3）MgH2与H2O反应制备H2的化学方程式是MgH2+2H2O=Mg(OH)2+2H2↑；
（4）MgH2与H2O反应时会生成氢氧化镁沉淀，附着在MgH2表面，故原因是产物Mg(OH)2逐渐覆盖在MgH2表面，减少了MgH2与H2O的接触面积；
（5）①根据Ksp[Ni(OH)2]＜Ksp[Mg(OH)2)]，Ni2+更容易生成沉淀，故NiCl2溶液制备H2的性能优于MgCl2溶液，原因是Ksp[Ni(OH)2]＜Ksp[Mg(OH)2)]，Ni2+结合H2O电离的OH-的能力强于Mg2+，更有利于H2的产生；
②MgH2在MgCl2溶液中制备H2的性能不如在NiCl2溶液中优异，但使用MgCl2溶液利于发展“镁－氢”循环经济，原因是反应后固体生成物仅有Mg(OH)2，便于回收利用；分离除去Mg(OH)2，可以循环使用MgCl2溶液；
③铜离子具有较强的氧化性，而MgH2具有较强的还原性，故CuCl2溶液制备H2的性能不如NiCl2溶液，可能的原因是MgH2将Cu2+还原为难溶固体覆盖在MgH2表面，阻止反应持续发生。
7．(1)
(2)
(3)1
(4)     负         

【详解】（1）从流程图可知，过程ii亚铁离子与氧气、氢离子反应生成铁离子和水，离子方程式为。
（2）根据图示可知，第一步的反应+第二步的反应=甲烷与水蒸气反应生成二氧化碳和氢气，热化学方程式为 ΔH=（-103.3+33.2）kJ/mol=-70.1kJ/mol。
（3）达到化学平衡时，CO平衡转化率为60%，则，K=。
（4）从图中可知，上方的多孔电极上，H2O得电子生成H2和O2-，CO2得电子生成CO和O2-，因此上方的多孔电极为阴极，X为电源负极。电解池中阴极的反应式为、。
8．(1)
(2)ACD
(3)          66.7%
(4)使用更高效的催化剂或增大催化剂的比表面积

【详解】（1）根据盖斯定律Ⅲ×2-Ⅰ得到Ⅳ，则；故答案为：。
（2）CO2加氢合成甲烷时，也有副产物发生，主反应是放热反应，副反应是吸热反应，通常控制温度为左右，此时催化剂的活性高，反应速率快，由于有副反应发生，因此应是主反应催化剂选择性好，而温度高，对副反应平衡正向移动，对主反应平衡逆向移动；故答案为：ACD。
（3）时，向1L恒容密闭容器中充入和，初始压强为p，时主、副反应都达到平衡状态，测得，体系压强为，建立三段式，，2x+y=5，根据物质的量之比等于压强之比得到，解得x=2，y=1，则内，平衡时选择性；故答案为：；66.7%。
（4）当改变外界条件时，实验数据如图中的曲线b所示，斜率降低，说明活化能降低，则实验可能改变的外界条件是使用更高效的催化剂或增大催化剂的比表面积；故答案为：使用更高效的催化剂或增大催化剂的比表面积。
9．(1)-188
(2)还原反应
(3)为有机物和水不互溶，且易溶于水
(4)4OH-+SO2-2e-=+ 2H2O
(5)1.5
(6)     2MnO＋5H2O2＋6H＋ = 2Mn2＋＋5O2↑＋8H2O    

【分析】II该装置为电解池，左侧电极为转化为的过程，S元素化合价升高，失电子，做阳极，与直流电源正极相连，阳极的电极反应式为4OH-+SO2-2e-=+ 2H2O；右侧是阴极，与直流电源负极相连，该极为氧气得电子的还原反应转化为过氧化氢的过程，阴极的电极反应式为2H++O2+2e-=H2O2。
【详解】（1）给热化学方程式编号：①  ，
②  
③
根据盖斯定律可知，③=(①-②)，则；
（2）由反应a可知，中酮羰基被氢气还原为羟基，该反应为还原反应；
（3）萃取剂选择的原则是：萃取剂与原溶剂互不相溶；萃取剂与原溶液中任一组分都不发生反应；被提取物质在萃取剂中的溶解度要大于它在原溶剂中的溶解度。 为有机物和水不互溶，且易溶于水，而在中溶解度较小，因此可用蒸馏水做萃取剂；
（4）左侧电极为转化为的过程，S元素化合价升高，失电子，做阳极，电极反应式为4OH-+SO2-2e-=+ 2H2O；
（5）根据分析，该反应总反应为2OH-+SO2+O2 =+ H2O2，则每生成，消耗1.5molSO2，即实现烟气脱的物质的量为1.5mol；
（6）① KMnO4酸性溶液与H2O2反应即KMnO4将H2O2氧化为O2，自身被还原为Mn2+，故该反应的离子方程式是2MnO＋5H2O2＋6H＋=2Mn2＋＋5O2↑＋8H2O；
②根据上述反应式可知，n(H2O2)=n(MnO)=mol, 所得H2O2水溶液中H2O2的物质的量浓度是=mol·L-1，
10．     N2(g)+O2(g)====2NO(g)    ΔH = +180kJ·mol-1     2xCO+2NOx=======N2+2xCO2     氧气过量，还原性气体CO和Cx Hy首先和O2反应，使得NOx的还原反应很难继续进行     0.1mol·L-1     b c     温度低于250°C时，CO2的转化率较大但催化剂的催化效率低，反应速率慢；若温度高于250°C时，CO2的转化率和催化效率都较低     CO2+6e-+6H+====CH3OH+H2O
【详解】（1）考查热化学反应方程式的书写、化学反应方程式的书写、反应条件的控制，①断裂1molN2中化学键时吸收的能量为946kJ，断裂1molO2中的化学键吸收的能量是498kJ，生成2molNO中化学键放出的能量是2×632kJ，此反应吸收的能量是(946＋498－2×632)kJ=180kJ，即热化学反应方程式为 N2(g)+O2(g)=2NO(g)    ΔH = +180kJ·mol－1；②根据流程，转换器中NOx和CO反应生成CO2、N2，化学反应方程式为2xCO+2NOx=N2+2xCO2 ；③转化率降低的原因是氧气过量，还原性气体CO和Cx Hy，首先还原性气体和O2反应，使得NOx的还原反应很难继续进行；（2）考查化学计算和离子浓度大小比较；①加入BaCl2溶液，发生BaCl2＋Na2CO3=BaCO3↓＋2NaCl，n(Na2CO3)=n(BaCO3)=1.97/197mol=0.01mol，c(Na2CO3)=0.01/(100×10－3)mol·L－1=0.1mol·L－1；②根据碳元素守恒，n(NaHCO3)=(0.448/22.4－0.01)mol=0.01mol，a、Na2CO3和NaHCO3物质的量相等，但CO32－水解程度大于HCO3－水解程度，因此c(HCO3－)>c(CO32－)，故a错误；b、根据电荷守恒，得出c(Na＋)＋c(H＋)=c(OH－)＋c(HCO3－)＋2c(CO32－)，故b正确；c、根据物料守恒， c (H2CO3) + c (HCO3－ ) + c (CO32－ ) =0.2mol·L－1，故c正确；（3）考查反应条件的控制、电极反应式的书写，①根据图1，250℃时，催化效应最高，温度低于250°C时，CO2的转化率较大但催化剂的催化效率低，反应速率慢；若温度高于250°C时，CO2的转化率和催化效率都较低；②根据电子或H＋移动的方向，以及原电池的工作原理，即右侧为正极，根据目的，右侧电极反应式CO2+6e－+6H＋=CH3OH+H2O。
点睛：本题的难点是电极反应式的书写，书写电极反应式，首先判断正负两极，需要根据原电池的工作原理进行判断，如本题，根据电子或H＋移动的方向，推断出右侧为正极，然后判断在电极上的反应物和生成物，CO2中C显＋4价，CH3OH中C显－2价，化合价降低，右侧电极上CO2作反应物，CH3OH作产物，根据介质的环境判断出H＋或OH－是否参与反应，即本题的电极反应式为CO2+6e－+6H＋=CH3OH+H2O。