第46练　化学反应原理综合题 同步练习（含答案）-2025年高考化学一轮复习

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①科研人员对该反应进行了研究，在一定压强时，温度对反应速率的影响如图1所示。实际工业生产中采用的温度是80 ℃，其理由是____________________________________
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②反应过程发生副反应：2CH3OH(g)HCOOCH3(g)＋2H2(g)。该反应的机理分两步完成，可以用图2表示。写出第二步反应的化学方程式：_____________________________。
(2)CO2气氛下乙苯催化脱氢制苯乙烯的反应为＋CO2(g)＋H2O(g)。原料在催化剂表面充分吸附进行反应。现保持原料中乙苯浓度不变，增加CO2浓度，乙苯平衡转化率与CO2浓度的关系如图3所示，请解释乙苯平衡转化率随着CO2浓度变化的原因：____________________________。
2．(2024·南京金陵中学模拟)ZnO有棒状ZnO(r-ZnO)、片状ZnO(p-ZnO)两种，均可用作CO2选择性加氢转化为CH3OH的催化剂。在ZnO催化剂存在下，将CO2与H2混合，同时发生以下两个反应：
反应Ⅰ：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH1＝－53.7 kJ·ml－1
反应Ⅱ：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH2＝41.2 kJ·ml－1
控制一定的CO2和H2初始投料比，在相同压强下，经过相同反应时间测得如下实验数据(其中“甲醇选择性”是指转化的CO2中生成甲醇的百分比)。
已知：p-ZnO表面合成CH3OH的生成活化能Ea＝32 kJ·ml－1，r-ZnO表面合成CH3OH的生成活化能Ea＝54 kJ·ml－1。
(1)在280～320 ℃范围内，相同催化剂条件下，随温度升高，CH3OH与CO的产率均提高，而甲醇的选择性降低的可能原因是_______________________________________。
(2)在280～320 ℃范围内，比较图a和图b两种ZnO催化剂催化CO2加氢性能，说明在CO2加氢合成甲醇时优先选用p-ZnO催化剂的原因：__________________________。
3．(2024·常州市教育学会学业水平监测)以尿素、甲醇和1,2-丙二醇(PG)为原料在催化精馏塔中可经“一锅法”制得碳酸二甲酯(DMC)。以Ca-Zn-Al氧化物为催化剂，先进行尿素与PG的醇解合成碳酸丙烯酯(PC)的反应，同时生成副产物NH3；在不经产物分离和更换催化剂的情况下引入甲醇，再进行PC和甲醇的酯交换合成DMC的反应。
已知：液时空速是指每小时通过单位体积固体催化剂的液相反应物的体积；回流比是指从精馏塔顶部返回的冷凝液流量与从顶部逸出的气态产品流量之比；产品收率＝原料转化率×目标产物的选择性。
(1)PC合成。其他条件相同时，尿素与PG混合进料的液时空速对PC收率影响的关系如图所示。液时空速大于0.6 h－1后，PC收率下降的原因是__________________________。
(2)DMC合成。其他条件相同时，回流比对DMC收率影响关系如图所示。回流比大于9时，DMC收率下降的原因是_______________________________________________________。
(3)请从原子经济性的角度对上述“一锅法”提出合理的优化建议：_____________
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4．(2023·江阴市统考)CO2、NOx和SO2等物质的转化和资源化利用是社会热点问题。
Ⅰ.CO2与CH4经催化重整，制得合成气。发生反应：CH4(g)＋CO2(g)eq \(,\s\up7(催化剂))2CO(g)＋2H2(g)，已知上述反应中相关的化学键键能数据如下：
(1)该反应的ΔH＝________。
Ⅱ.间接电化学法可对大气污染物NO进行无害化处理，其工作原理如图所示，质子膜允许
H＋和H2O通过。
(2)电极Ⅰ应接电源的________(填“正极”或“负极”)。
(3)每处理标准状况下22.4 L NO，可同时得到________g O2。
Ⅲ.使用固体催化剂可提高脱硫效率。气体在固体催化剂表面反应的机理是气体反应物分子吸附在催化剂表面，占据催化剂表面活性位点，生成一些活性高的微粒，从而降低反应活化能，提高反应速率，反应后气体产物分子及时脱附空出活性位点。
(4)活性炭催化脱除SO2的机理如图所示(*代表吸附态)。
①写出“热再生”生成SO2的化学方程式：_________________________________
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②研究表明，温度在脱硫过程中是一个非常重要的因素，温度过高，脱硫效果会变差，原因可能是________________________________________________________________________。
(5)V2O5/炭基材料是在活性炭上载有V2O5活性成分，构成更高活性的活性炭催化剂，更有利于SO2转化为SO3，最终实现脱硫。
①通过红外光谱发现，脱硫开始后催化剂表面出现了VOSO4的吸收峰，再通入O2后VOSO4吸收峰消失，该脱硫反应过程可描述为
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②控制一定气体流速和温度，考察烟气中O2 的存在对V2O5/炭基材料催化剂脱硫活性的影响，结果如图所示，当O2浓度过高时，SO2去除率下降，其原因可能是________________________________________________________________________
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(6)科学家通过NH3活化改性提升了活性炭的脱硫性能，认为活性炭表面的含氮官能团具有催化性能，含氮官能团越丰富越有利于提升脱硫性能，原因可能是________________________________________________________________________
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5．(2023·江苏统考模拟)苯乙烯是合成橡胶和塑料的重要原料，可由乙苯为原料制得。
(1)利用“乙苯脱氢反应”可制备苯乙烯。
C6H5C2H5(g)C6H5CH==CH2(g)＋H2(g) ΔH＝a kJ·ml－1
保持气体总压不变，原料气按以下A、B、C三种投料方式进行：
A．乙苯
B．n(乙苯)∶n(N2)＝1∶10
C．n(乙苯)∶n(CO2)＝1∶10
三种投料分别达到平衡时，乙苯转化为苯乙烯的转化率eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(nC6H5CH===CH2,n总C6H5C2H5)×100%))与温度的关系如图1所示。
①a________(填“＞”“＜”或“不能确定”)0。
②相同温度下，投料方式B乙苯的平衡转化率比投料方式A的高，其原因是________________________________________________________________________
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③相同温度下，投料方式C乙苯的平衡转化率比投料方式B的高，其可能原因是________________________________________________________________________
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④工业上利用“乙苯脱氢反应”生产苯乙烯时，会产生少量积碳。使用相同条件下的水蒸气代替N2，可较长时间内保持催化剂的催化活性，其原因是________________________。
(2)CO2用于制备苯乙烯有助于实现“碳中和”。
①在催化剂X作用下，CO2参与反应的机理如图2所示(α、β表示乙苯分子中C或H原子的位置；A、B为催化剂的活性位点，其中A位点带部分正电荷，B1、B2位点带部分负电荷)。根据元素电负性的变化规律，图2所示的反应机理中步骤Ⅰ和步骤Ⅱ可描述为________________________________________________________________________
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②保持混合气体总压(p)等其他条件不变，CO2的分压[p(CO2)＝eq \f(nCO2,n乙苯＋nCO2)×p]与乙苯转化率的关系如图3所示。p(CO2)＞14 kPa时，乙苯转化率下降的原因是________________________________________________________________________
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第46练 化学反应原理综合题
1．(1)①低于80 ℃时，反应速率慢；高于80 ℃时，温度对反应速率影响较小，且反应放热，升高温度，平衡逆向移动，转化率降低 ②HCHO＋CH3OHeq \(=====,\s\up7(催化剂))HCOOCH3＋H2
(2)当CO2浓度较小时，CO2的配比越高，则乙苯平衡转化率越高；当CO2浓度较大时，在催化剂表面吸附率过高，则会造成乙苯在催化剂表面的吸附率下降，使乙苯平衡转化率随着c(CO2)增大而减小
解析 (1)②由图示可知，X为甲醇脱去一分子H2后的产物，即X为HCHO，则第二步反应为HCHO和CH3OH反应生成HCOOCH3和H2，反应的化学方程式为HCHO＋CH3OHeq \(=====,\s\up7(催化剂))HCOOCH3＋H2。
2．(1)反应Ⅰ正反应放热，升高温度，平衡逆向移动，导致温度升高甲醇的选择性降低 (2)选用p-ZnO催化剂使反应Ⅰ速率快，在相同时间内生成的甲醇多
3．(1)液时空速过大，原料在催化精馏塔中停留时间短，导致反应不充分
(2)大量冷凝液流回精馏塔内，使DMC无法及时移出反应体系，从而抑制DMC合成反应的正向进行
(3)将生成的副产物NH3与CO2反应合成尿素，进行循环利用
4．(1)120 kJ·ml－1 (2)负极 (3)16 (4)①C＋2H2SO4(浓)eq \(=====,\s\up7(△))CO2↑＋2SO2↑＋2H2O ②炭与硫酸反应产生SO2，快速反应生成SO3占据所有活性位点，来不及脱附，使吸附很快达到饱和 (5)①SO2与V2O5作用形成中间体VOSO4，VOSO4与气相的O2反应生成SO3和V2O5 (或3SO2＋V2O5＋O2===2VOSO4＋SO3，4VOSO4＋O2===2V2O5＋4SO3) ②O2和SO2分子会产生竞争吸附，氧气浓度过高时，O2分子占据催化剂过多活性位点，SO2分子就不能很好地被吸附，导致SO2去除率下降
(6)含氮官能团具有碱性，能够促进活性炭对SO2的吸附及氧化
解析 (1)根据反应CH4(g)＋CO2(g)eq \(,\s\up7(催化剂))2CO(g)＋2H2(g)可得ΔH＝[4×E(C—H)＋2×E(C==O)]－[2×E(CO)＋2×E(H—H)]＝(4×413＋2×745) kJ·ml－1－(2×1 075＋2×436) kJ·ml－1＝120 kJ·ml－1。(2)从图中可知在吸收塔中NO变成了N2，N的化合价降低，在电解池中，HSOeq \\al(－,3)变成了S2Oeq \\al(2－,4)，S的化合价从＋4降低到＋3，得到电子，电极Ⅰ为阴极，接连电源的负极。(3)整个装置中转移的电子数相同，处理标准状况下22.4 L NO，即1 ml NO，N的化合价从＋2降低到0，转移了2 ml电子，阳极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，即生成16 g O2。
5．(1)①＞ ②加入一定量N2使“乙苯脱氢反应”的Qc＜K(或Qp＜Kp)，平衡时反应正向进行程度更大 ③CO2与H2反应[H2(g)＋CO2(g)===CO(g)＋H2O(g)]使H2浓度减小，“乙苯脱氢反应”平衡时正向进行程度更大 ④水蒸气与积碳发生反应：H2O(g)＋C(s)===CO(g)＋H2(g)，可消除催化剂表面的积碳
(2)①乙苯α-H带部分正电荷，被带部分负电荷的B1位点吸引，随后解离出H＋并吸附在B1位点上；(B1位点上的)H＋与B2位点上CO2中带部分负电荷的O作用生成，带部分正电荷的C吸附在带部分负电荷的B2位点上 ②过多的CO2会占据带部分负电荷的B1位点，使得乙苯α-H的脱除速率降低，乙苯转化率下降
化学键
C—H
C==O
H—H
CO中的化学键
键能/(kJ·ml－1)
413
745
436
1 075