高考化学二轮复习针对性练习专题一0二 化学反应原理 专题检测（实战演练）（解析版）

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1．（2022·河南郑州·三模）（14分）“水煤气（CO和H2）”是化学工业常用的原料气，在某工业上应用原理如下：
主反应：CO（g）+H2O（g）⇌CO2（g）+H2（g）ΔH＝﹣41.03kJ•ml﹣1
副反应：CO（g）+2H2（g）⇌CH3OH（g）ΔH＝﹣116kJ•ml﹣1
（1）写出CO2加氢制CH3OH的热化学方程式 。
（2）在压强为81kPa的恒压体系中充入一定量含CO、H2、H2O、N2的混合气体，充分反应后，在T℃下，反应达到平衡后，测得混合气体各组分的物质的量分别为0.6mlCO、3mlH2、1.6mlH2O、1mlN2、1.6mlCO2和0.3mlCH3OH。
①T℃时，副反应的标准平衡常数Kp＝ （保留三位有效数字）（已知：分压＝总压×该组分物质的量分数，对于反应dD（g）+eE（g）⇌gG（g）+hH（g），KΘ＝其中pΘ＝100kPa，pG、pH、pD、pE为各组分的平衡分压）。
②平衡时CO的转化率为 。
③为同时提高CO的平衡转化率和CH3OH的平衡产率，应选择的反应条件为 （填标号）。
A．低温、高压
B．高温、低压
C．低温、低压
D．高温、高压
（3）若其他条件一定，向原料气中加入N2稀释气体并保持总压强不变，测得CO的平衡百分含量增大，原因是 。
（4）利用M催化CO2加氢制CH3OH的反应历程如图，其中吸附在催化剂表面的物种用*表示，Ea表示活化能，单位为eV。
①CH3O*转化为CH3OH的化学方程式为 。
②下列说法正确的是 （填标号）。
A.第iii步反应速率最慢
B.第ii步有O﹣O键断裂
C.H2与2H*能量差为0.60eV
D.加入催化剂M能增大CH3OH的平衡产率
2．（2022·河南新乡·三模）（14分）我国力争于2030年前做到碳达峰，2060年前实现碳中和，CO2制CH3OH是热点研究之一。中科院大连化物所研究团队直接利用CO2与H2合成甲醇，主要涉及以下反应：
①CO2（g）+H2（g）⇌CO（g）+H2O（g）ΔH1
②CO（g）+2H2（g）⇌CH3OH（g）ΔH2＝﹣90kJ⋅ml﹣1
③CO2（g）+3H2（g）⇌CH3OH（g）+H2O（g）ΔH3＝﹣49kJ⋅ml﹣1
④2CO2（g）+6H2（g）⇌CH3OCH3（g）+3H2O（g）ΔH4＝﹣121kJ⋅ml﹣1
（1）ΔH1＝ 。
（2）反应①、②的平衡常数随温度变化曲线如图Ⅰ所示，则表示②反应的1gKe﹣T关系的曲线为 （填“l”或“m”）。
（3）恒压下，向容器中充入1mlCO2、3mlH2，CO2的平衡转化率随温度变化曲线如图Ⅰ中n线所示。在500℃达到平衡时，体系中CH3OH的物质的量为aml，H2O的物质的量为bml，则此时H2的转化率为 。此时反应①的平衡常数值 1（填“大于”、“小于”或“等于。）
（4）有同学认为在400℃以后反应②在该体系中可以忽略，其依据是 。
（5）500℃以后CO2的平衡转化率随温度变化的可能原因是 。
（6）恒压下将CO2和H2按体积比1：3混合，在不同催化剂作用下发生反应。在相同时间段内CH3OH的选择性和产率随温度的变化如图Ⅱ所示。其中CH3OH的选择性＝×100%。
则合成甲醇的适宜条件是 （填标号）。
A.230℃
B.210℃
C.CZT催化剂
D.CZ（Zr﹣1）T催化剂
（7）BASF高压法制备CH3COOH时的钴碘催化循环法如图Ⅲ所示，该循环的总反应为 。
3．（广东省珠海市2022届高三上学期摸底测试）（14分）中科院天津工业生物所利用光伏发电，将电解水获得的H2与CO2反应合成甲醇，再由甲醇经若干酶促反应合成淀粉，首次在实验室实现二氧化碳到淀粉的从头合成。回答下列问题：
（1）该研究成果的重大意义是 。（答出一点即可）
（2）已知：在一定温度和压强下，由最稳定单质生成1ml化合物的焓变称为该物质的摩尔生成焓。某些化合物的摩尔生成焓如表所示。
反应Ⅰ：CO2（g）+3H2（g）⇌CH3OH（g）+H2O（g） ΔH1
反应Ⅱ：CO2（g）+H2（g）⇌CO（g）+H2O（g） ΔH2
①反应Ⅰ的焓变ΔH1＝ kJ•ml﹣1。
②保持温度T不变，在一刚性密闭容器中，充入一定量的CO2和H2，同时发生反应Ⅰ和Ⅱ，起始及达平衡时，容器内各气体的物质的量如表所示。
已知起始时总压强为1.5pkPa，平衡时体系总压强为pkPa，则表中n1＝ ，反应Ⅰ的平衡常数Kp＝ 。（含p的式子表示）
（3）取物质的量浓度为aml•L﹣1的甲醇，选择不同的工程酶组块作为催化剂反应10h，测得实验数据如表所示。
①根据表中数据选取最佳的反应条件 。
②已知温度升高，反应生成的淀粉量先增加后急剧减少，其可能原因是 。
③实验4可用淀粉的质量浓度表示反应速率为 g•L﹣1•h﹣1。淀粉的产率为 。（用含a的式子表示）
4．（广东省汕头市2022届高三下学期第一次模拟）（14分）甲醇（CH3OH）是一种可再生能源，具有广阔的开发和应用前景，Pt/Al2O3、Pd/C、Rh/SiO2都可以用作合成CH3OH的催化剂：3H2（g）+CO2（g）⇌CH3OH（g）+H2O（g）ΔH。回答下列问题：
（1）已知：iH2（g）+CO2（g）⇌CO（g）+H2O（g）ΔH1＝+41kJ•ml﹣1；
ii.2H2（g）+CO（g）⇌CH3OH（g）ΔH2＝﹣90kJ•ml﹣1
3H2（g）+CO2（g）⇌CH3OH（g）+H2O（g）的ΔH＝ kJ•ml﹣1。
（2）其他条件相同时，分别采用不同催化剂，发生反应3H2（g）+CO2（g）⇌CH3OH（g）+H2O（g）ΔH，tmin内CO2的转化率如图1所示。
①最适合的催化剂是
②采用Pd/C作催化剂，温度为340～380C时，CO2转化率升高的原因是 。
（3）某科研小组用Pd/C作催化剂，初始反应物总物质的量为8ml，在温度为T、体积为1L的恒容反应器中发生（2）中反应时，分别研究了m（H2）：n（CO2）为2：1和3：1时CO2转化率的变化情况（图2）。
①表示n（H2）：n（CO2）＝3；1的变化曲线为 。
②P点V正 （填“＞”“＜“或“＝”）V逆，容器内初始时的压强与P点的压强之比为 。
（4）将2mlCO2和4mlH2充入密闭容器中，发生反应CO2（g）+3H2（g）═CHgOH（g）+H2O（g）OH，CO2的平衡转化率与温度、压强的关系如图3所示。
①p1、p2、p3由大到小的顺序为 ；
②255℃时，该反应的平衡常数Kp＝ （用各物质的平衡分压代替浓度，结果保留一位小数）；
③X点时若向该密闭容器中再通入CO2及H2O（g）均1ml，则平衡 （填字母）。
A.正向移动
B.逆向移动
C.不移动
5．（2022·河南开封·三模）（14分）乙烯是重要的化工原料，目前主要通过石油炼化制备。随着化石燃料资源日益减少，科研工作者正在探索和研发制备乙烯（C2H4）的新方法。
Ⅰ.甲烷直接脱氢制备乙烯
（1）已知燃烧热：H2为285.8kJ/ml，CH4为890.3kJ/ml，C2H4为1411.0kJ/ml。则由甲烷直接脱氢制备乙烯的热化学方程式是 。k正、k逆均是与温度有关的常数，当升高温度时，k正增大的倍数 k逆增大的倍数（填“＞”、“＝”或“＜”，下同）；
（2）T0℃时，向初始压强100kPa的恒容密闭反应器中充入1mlCH4，发生（1）中反应，测得平衡混合气体中H2的体积分数为40.0%。则：
①在该温度下，其压强平衡常数Kp＝ 。（分压＝总压×物质的量分数）
②若向该反应器中通入高温水蒸气（不参加反应，高于T0℃），则C2H4的产率将增大，其理由是 。
③实际制备C2H4时，通常存在副反应2CH4（g）═C2H6（g）+H2（g）。若在T0℃时，H2的体积分数为45%，C2H420%，其余为C2H6和CH4，则体系中CH4的体积分数是 。
Ⅱ．CO2催化加氢合成乙烯：2CO2+6H2═C2H4+4H2O
（3）理论计算表明，压强为0.1MPa，原料初始组成n（CO2）：n（H2）＝1：3，反应达到平衡时四种组分的物质的量分数x随温度T的变化如图1所示。
①图中表示H2、H2O变化的曲线分别是 、 。
②该反应往往存在副反应，则一定温度和压强条件下，可同时提高反应速率和乙烯选择性的措施是 。
③利用CO2还可获得其他资源。图2是电解法制HCOOH以实现CO2资源化利用。写出阴极CO2还原为HCOO﹣的电极反应式： 。电解一段时间后，阳极区的KHCO3溶液浓度 （填“增大”“减小”“不变”）。
6．（2022·河北省唐县第一中学模拟预测）（15分）二甲醚又称甲醚（CH3OCH3），简称DME，是清洁、高效的新型燃料。
Ⅰ.由合成气（CO、H2）制备二甲醚的反应原理如下：
①CO（g）+2H2（g）⇌CH3OH（g）ΔH1＝﹣90.0kJ⋅ml﹣1
②2CH3OH（g）⇌CH3OCH3（g）+H2O（g）ΔH2＝﹣20.0kJ⋅ml﹣1
③H2OH）⇌H2O（g）ΔH3＝+44.0kJ⋅ml﹣1
回答下列问题：
（1）由合成气（CO、H2）制备1mlCH3OCH3（g），且生成H2O（1），其热化学方程式为 。
（2）一定条件下在恒温恒容的密闭容器中，按不同投料比充入CO（g）和H2（g）进行反应①，平衡时CO（g）和H2（g）的转化率如图所示，则a＝ （填数值）。
（3）在体积一定的密闭容器中发生反应②，如果该反应的平衡常数K2值变小，下列说法正确的是 （填序号）。
A.平衡向正反应方向移动
B.平衡移动的原因是升高了温度
C.达到新平衡后体系的压强不变
D.容器中CH3OCH3的体积分数减小
Ⅱ.由合成气（CO2、H2）制备二甲醚的反应原理如下：
④2CO2（g）+6H2（g）═CH3OCH3（g）+3H2O（g）ΔH4＜0
⑤CO2（g）+H2（g）═CO（g）+H2O（g）ΔH5＞0
（4）若在体积为2L的密闭容器中，控制CO2流速为22.4m3⋅h﹣1（已换算为标准状况），CO2的转化率为80.0%，则CO2的反应速率为 ml⋅L﹣1⋅min﹣1（保留三位有效数字）。
（5）在恒压条件下，按CO2与H2的物质的量之比为1：3投料，测得CO2平衡转化率和平衡时CO的选择性转化的CO2中生成CO的物质的量分数）随温度的变化如图所示：
①曲线n随温度升高显示如图所示变化的原因是 。
②T℃时反应⑤的平衡常数K＝ （保留两位有效数字）。
③合成甲醚的适宜温度为260℃，理由是 。
④其他条件不变，改为恒容条件，CO平衡选择性比恒压条件下的平衡选择性 （填“高”“低”或“不变”）。
7．（2022·广东·执信中学模拟预测）（15分）我国正式公布实现碳达峰、碳中和的时间和目标后，使含碳化合物的综合利用更受关注和重视。回答下列问题：
（1）一定条件下，Pd﹣Mg/SiO2催化剂可使CO2甲烷化从而变废为宝，其反应机理如图1所示，该反应的化学方程式为 ，反应过程中碳元素的化合价为﹣2价的中间体是 。
（2）二氧化碳与氢气重整体系中涉及的主要反应如下：
Ⅰ.CO2（g）+4H2（g）⇌CH4（g）+2H2O（g）ΔH＝﹣165kJ•ml﹣1
Ⅱ.CO2（g）+H2（g）⇌CO（g）+H2O（g）ΔH＝+41kJ•ml﹣1
①二氧化碳与甲烷反应生成一氧化碳和氢气的热化学方程式为 ；恒温恒容密闭容器中进行该反应，下列事实能说明反应达到平衡状态的是 （填选项字母）。
A．CO2与CH4的有效碰撞几率不变
B．相同时间内形成C﹣H键和H﹣H键的数目相等
C．混合气体的密度不再改变
D．氢原子数不再改变
②一定温度下，向10L恒容密闭容器中充入1mlCO2和1mlH2，发生反应Ⅰ和反应Ⅱ，5min末达到平衡时测得CO2的转化率为50%，CH4与CO的分压之比为1：4，H2O（g）的分压为p0。则0～5min内，平均反应速率v（H2）＝ ml•L﹣1•min﹣1；反应Ⅱ的平衡常数Kp＝ （Kp是用分压表示的平衡常数）。
③向恒容密闭容器中以物质的量之比为1：4充入CO2和H2，发生反应Ⅰ和反应Ⅱ，实验测得平衡体系中各组分的体积分数与温度的关系如图2所示。其中表示H2的体积分数与温度关系的曲线为 （填“L1”、“L2”或“L3”）；T1℃之后，H2O（g）平衡体积分数随温度的变化程度小于CH4平衡体积分数随温度的变化程度，原因为 ；T1℃时CO的平衡分压 （填“＞”“＜”或“＝”）T2℃时CO的平衡分压，理由为 。
化合物
CO2（g）
CH3OH（g）
H2O（g）
摩尔生成焓/（kJ•ml﹣1）
﹣395
﹣200
﹣242
CO2
H2
CH3OH
CO
H2O
起始量/ml
4.0
8.0
0
0
0
平衡量/ml
n1
3.0
实验序号
温度/K
不同工程酶的组块
淀粉/（g•L﹣1）
1
T1
agp﹣M1
0.21
2
T1
agp﹣M2
0.38
3
T2
agp﹣M2
1.82
4
T2
agp﹣M3
1.24