文档内容
考前特训
情境题专练
(一)关注碳中和，推进碳达峰
［分值：50分］
(选择题1~3题，每小题4分，4~7题，每小题6分，共36分)
1.为了2030年实现碳达峰和2060年实现碳中和，“十四五”期间生态环境与资源综合利用发展途径对
煤炭行业高质量发展具有重要意义。下列相关说法错误的是( )
A.开发煤炭废弃资源的高值、高效利用技术能降低二次污染
B.煤的综合利用有利于保护自然环境和社会的可持续发展
C.向煤中加入适量碳酸钙可减少燃烧产物中二氧化碳的量
D.利用太阳能等清洁能源代替煤炭，有利于节约资源、保护环境
答案 C
解析 煤中加入适量碳酸钙，可达到钙基固硫的作用，减少燃烧产物中二氧化硫的量，但不能减少二氧化
碳的排放量，故C错误。
2.我国提出争取在2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和，这对于改善环境、实现绿色发展至关
重要。CO 催化加氢制CO技术是兼顾新能源和实现碳达峰的重要途径之一，该反应机理如图所示。下
2
列说法错误的是( )
A.反应：CO (g)+H (g) CO(g)+H O(g) ΔH，达平衡后，若升温，c(H )降低，则ΔH>0
2 2 2 2
B.催化剂(In O )表面易于形成丰富的氧空位，有效促进CO 的吸附活化
2 3 2
C.步骤d、e中，CO 的吸附与转化均存在化学键的断裂与形成
2
D.催化剂(In O )能提高催化加氢的速率，是因为降低了反应的活化能
2 3
答案 C
解析 对转化反应，升温c(H )降低，说明平衡正向移动，ΔH>0，A正确；观察反应机理图可知，催化剂
2
先吸附氢气，氢原子与氧成键后脱水，得到较多的氧空位，促进了CO 的吸附活化，B正确；步骤d中，
2CO 只是进入氧空位被催化剂吸附，不存在化学键的断裂与形成，C错误；In O 作催化剂降低了反应的活
2 2 3
化能，从而提高化学反应速率，D正确。
3.中国努力争取2060年前实现碳中和。利用NaOH溶液喷淋捕捉空气中的CO ，反应过程如图所示。
2
下列说法错误的是( )
A.捕捉室中NaOH溶液喷成雾状有利于吸收CO
2
B.环节a中物质分离的基本操作是过滤
C.反应过程中CaO和NaOH是可循环的物质
D.高温反应炉中的物质是Ca(HCO )
3 2
答案 D
解析 环节a为向碳酸氢钠溶液中加入氧化钙，氧化钙与碳酸氢钠溶液反应生成碳酸钙沉淀和氢氧化钠，
过滤得到碳酸钙沉淀和氢氧化钠溶液，B正确；高温反应炉中碳酸钙受热分解生成氧化钙和二氧化碳，将
二氧化碳收集后储存，环节a得到的氢氧化钠溶液和反应炉中得到的氧化钙可以循环利用，C正确、D错
误。
4.我国力争于2030年前做到碳达峰，2060年前实现碳中和，一种脱除和利用水煤气中CO 方法的示意
2
图如下。T ℃时一定量的CO 被吸收塔中K CO 溶液吸收后进入再生塔再生，最后利用电化学原理将
2 2 3
CO 电催化还原为C H (该温度下H CO 的K =4.6×10-7，K =5.6×10-11)。下列有关说法错误的是( )
2 2 4 2 3 a1 a2
A.若T ℃时吸收塔中c(CO2- )∶c(HCO- )=28∶5，则该溶液的pH=11
3 3
O- O2-
B.再生塔中产生CO 2 的离子方程式为2HC 3 CO 2 ↑+C 3 +H 2 O
C.将浓度相等的K CO 溶液与KHCO 溶液等体积混合，所得溶液中离子浓度大小为c(K+)>c(CO2-
2 3 3 3
)>c(HCO- )>c(OH-)>c(H+)
3
D.CO 电催化还原为C H 的阴极反应式为2CO +12e-+12H+===C H +4H O
2 2 4 2 2 4 2
答案 C
解析 水煤气中的CO 被吸收塔中K CO 溶液吸收后形成KHCO 溶液进入再生塔，再生塔中KHCO 分解
2 2 3 3 3
产生CO ，再将CO 电催化还原为C H
。设c(CO2-
)=2.8
mol·L-1，则c(HCO-
)=0.5
mol·L-1，根据CO2-
+H O
2 2 2 4 3 3 3 2c(HCO- )·c(OH- ) K 0.5×c(OH- ) 1.0×10-14
HCO-
+OH-可知，
3
=
w
，则 = ，解得c(OH-)=1.0×10-3
3 c(CO2- ) K 2.8 5.6×10-11
3 a2
mol·L-1，溶液中c(H+)=1.0×10-11 mol·L-1，pH=11，A正确；再生塔中，KHCO 受热分解产生CO ，该反应
3 2
O- O2-
的离子方程式为2HC 3 CO 2 ↑+C 3 +H 2 O，B正确；将浓度相等的K 2 CO 3 溶液与KHCO 3 溶液等体积混
K
合，K =
w
>K
，则CO2- 的水解程度大于HCO-
的电离程度，故所得溶液中离子浓度大小为c(K+)>c(HC
h K a2 3 3
a2
O- )>c(CO2- )>c(OH-)>c(H+)，C错误；CO 在阴极上被还原为C H ，电极反应式为2CO +12e-
3 3 2 2 4 2
+12H+===C H +4H O，D正确。
2 4 2
5.(2024·贵州安顺期末)杭州亚运会火炬名为“薪火”，主火炬以甲醇作为燃料，在亚运史上首次实现废
碳再生、循环内零碳排放，绿色甲醇生态示意图如图所示。
下列有关绿色甲醇生态示意图的说法错误的是( )
A.太阳能、风能属于可再生能源
B.工业上可用氨水捕获烟气中的CO
2
C.CO 转换为甲醇的反应中CO 作还原剂
2 2
D.甲醇的生态循环有利于实现碳中和
答案 C
解析 CO 可与氨水中的一水合氨反应，故可用氨水捕获烟气中的CO ，故B正确；CO 转换为甲醇，C元
2 2 2
素的化合价降低，反应中CO 作氧化剂，故C错误；甲醇的生态循环不会排放CO ，有利于实现碳中和，
2 2
故D正确。
6.(2024·河北沧州模拟)我国科研工作者通过研发新型催化剂，利用太阳能电池将工业排放的CO 转化为
2
HCOOH，实现碳中和目标，原理如图所示。下列说法正确的是( )A.该过程中存在的能量转化形式只有太阳能→化学能
B.离子交换膜为阴离子交换膜
C.P极的电极反应式为CO +2e-+2H+===HCOOH
2
D.N极催化转化22.4 L H 时，P极生成HCOOH的质量为46 g
2
答案 C
解析 能量转化形式：太阳能→电能→化学能，A错误；P极电极反应消耗H+，故P极区需要补充H+，该
离子交换膜为阳离子交换膜，B错误；P极上CO →HCOOH，C元素的化合价降低，得电子，发生还原反
2
应，则P极为阴极，电极反应式为CO +2e-+2H+===HCOOH，C正确；没有说明是否为标准状态，不能确
2
定H 的物质的量，D错误。
2
7.(2024·江西模拟)CO 回收和利用有助于碳中和。科学家开发催化剂实现CO 固定，如图所示(R为氢或
2 2
烃基)。
下列叙述正确的是( )
A.若R为氢，则乙的分子式为C H O
3 6 3
B.若R为甲基，则甲、乙、丙分子中都含有1个手性碳原子
C.丙是一种能自然降解的绿色有机高分子材料
D.甲和CO 在催化剂作用下发生取代反应生成乙
2
答案 C
解析 若R为氢，则乙( )的分子式为C H O ，A项错误；丙分子中有n个手性碳原子，B项错误；丙
3 4 3
的链节含酯基，在自然界中可水解生成小分子，C项正确；甲和CO 发生加成反应生成乙，D项错误。
2
8.(14分)2023年杭州亚运会的主火炬使用的燃料为“零碳甲醇”，更好地展现了绿色化学低碳环保的
理念。“零碳甲醇”的制备过程中，主要发生以下反应。
ⅰ.CO (g)+3H (g) CH OH(g)+H O(g) ΔH ；
2 2 3 2 1ⅱ.CO (g)+H (g) CO(g)+H O(g) ΔH =+41.2 kJ·mol-1；
2 2 2 2
ⅲ.CO(g)+3H (g) CH (g)+H O(g) ΔH =-206.2 kJ·mol-1
2 4 2 3
回答下列问题：
(1)反应ⅰ可能的反应历程如图1所示。
注：方框内包含微粒种类及数目，微粒的相对总能量［如最后一个方框表示1个CH OH(g)分子和1个
3
H O(g)分子的相对总能量为-0.51 eV，单位：eV］，TS表示过渡态、*表示吸附在催化剂上的微粒，1
2
eV=1.6×10-22 kJ。
①ΔH = kJ·mol-1(计算结果保留1位小数)。
1
②该反应历程中，生成甲醇的决速步骤的反应方程式为 。
(2)在恒温恒压条件下，通入CO (g)与H (g)混合气体，发生反应ⅰ、ⅱ、ⅲ。下列可以说明反应达到平
2 2
衡状态的是 (填字母)。
A.反应混合物中各组分的物质的量浓度不再改变
B.反应后混合气体的压强不再改变
C.混合气体的密度不再改变
D.混合气体的平均相对分子质量不变
(3)一定温度下，将CO (g)和H (g)按n(CO )∶n(H )=1∶3充入恒容密闭容器中，发生反应ⅰ、ⅱ、ⅲ，
2 2 2 2
n(CH OH)
容器内总压强与反应时间的变化关系如图2所示。实验测得平衡时 3 =3，H O的分压为15
n(CH ) 2
4
kPa。
①0~10 min内，CO 的平均分压变化率为 kPa·min-1。
2②反应ⅲ的压强平衡常数K = kPa-2(以平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数，
p
结果保留2位有效数字)。
(4)一定条件下，向恒温恒容密闭容器中充入CO (g)和H (g)只发生反应ⅰ，在两种不同催化剂下建立平
2 2
衡的过程中H 的转化率随反应时间的变化曲线如图3所示。
2
①两种催化剂催化效果较好的是 。
②催化剂Ⅰ条件下，t min时改变的反应条件可能是 (填字母)。
2
A.降低温度
B.容器容积不变，通入一定量He(g)
C.容器容积不变，通入一定量CH OH(g)
3
D.缩小容器容积
3 1
答案 (1)①-49.1 ②HCOOH*+2H (g)===H COOH*+ H (g)［或HCOOH*+ H (g)===H COOH*］ (2)ACD
2 2 2 2 2 2 2
(3)①1.25 ②2.3×10-4 (4)①催化剂Ⅰ ②C
解析 (1)①根据ΔH=生成物的总能量-反应物的总能量可得，ΔH =(-0.51-0)eV×6.02×1023
1
mol-1=-0.51×1.6×10-22 kJ×6.02×1023 mol-1≈-49.1 kJ·mol-1。②反应的活化能=过渡态的能量-反应物的总能量，
则可比较经历过渡态TS1、TS2、TS3、TS4、TS5、TS6的反应的活化能可得，经历TS3过渡态时，反应
3 1
的活化能最大、反应速率最慢，反应方程式为HCOOH*+2H (g)===H COOH*+ H (g)或HCOOH*+
2 2 2 2 2
H (g)===H COOH*。(2)恒温恒压条件下，反应混合物中各组分的物质的量浓度不再改变，可说明反应达到
2 2
平衡状态，A符合题意，B不符合题意；由于反应ⅰ和反应ⅲ均为反应前后气体分子数发生变化的反应，
在恒温恒压条件下发生反应ⅰ、ⅱ、ⅲ，反应前后混合气体的体积发生变化，混合气体的质量不变，则反
应前后混合气体的密度、平均相对分子质量发生变化，当混合气体的密度、平均相对分子质量不变时，可
说明反应达到平衡状态，C、D符合题意。
(3)【第一步：根据信息假设反应物的量】设起始时n(CO )=1 mol，n(H )=3 mol。
2 2
【第二步：根据图像计算物质转化的量】设平衡时总物质的量为x mol，由题图2可知，起始时总压强为
100 kPa 4mol
100 kPa，平衡时总压强为80 kPa。恒温恒容条件下， = ，x=3.2，气体总物质的量减少0.8
80 kPa xmol
mol。由于反应ⅰ和反应ⅲ均为反应前后气体分子数减小的反应，反应ⅱ为反应前后气体分子数不变的反
应，设平衡时n(CH OH)=a mol，n(CH )=b mol，依据差量法计算：
3 4
CO (g)+3H (g) CH OH(g)+H O(g) Δn
2 2 3 2
1 2a mol 2a mol
CO(g)+3H (g)===CH (g)+H O(g) Δn
2 4 2
1 2
b mol 2b mol
a
=3，2a+2b=0.8，解得a=0.3，b=0.1。
b
【第三步：列三段式计算】假设反应ⅰ达到平衡后发生反应ⅱ，反应ⅱ达到平衡后发生反应ⅲ，设反应ⅱ
生成的CO的物质的量为y mol。
反应ⅰ CO (g)+3H (g) CH OH(g)+H O(g)
2 2 3 2
起始量/mol 1 3 0 0
转化量/mol 0.3 0.9 0.3 0.3
平衡量/mol 0.7 2.1 0.3 0.3
反应ⅱ CO (g) + H (g) CO(g) + H O(g)
2 2 2
起始量/mol 0.7 2.1 0 0.3
转化量/mol y y y y
平衡量/mol 0.7-y 2.1-y y 0.3+y
反应ⅲ CO(g) + 3H (g) CH (g)+H O(g)
2 4 2
起始量/mol y 2.1-y 0 0.3+y
转化量/mol 0.1 0.3 0.1 0.1
平衡量/mol y-0.1 1.8-y 0.1 0.4+y
p(H O) n(H O) 15 kPa n(H O)
根据 2 = 2 ， = 2 可得，n(H O)=0.6 mol，即0.4+y=0.6，y=0.2。
p n 80 kPa 3.2mol 2
总 总
【第四步：根据具体问题计算】①反应过程中消耗的CO 的物质的量为0.5 mol，CO 的压强变化量为
2 2
0.5mol 12.5 kPa
×100 kPa=12.5 kPa，则0~10 min内，CO 的平均分压变化率为 =1.25 kPa·min-1。②平衡
4mol 2 10min
时n(H O)=0.6 mol，n(CH )=0.1 mol，n(CO)=0.1 mol，n(H )=1.6 mol，p(H O)=15 kPa，p(CH )=p(CO)=2.5
2 4 2 2 4
p(CH )·p(H O) 2.5 kPa×15 kPa
4 2
kPa，p(H )=40 kPa，则反应ⅲ的压强平衡常数K = = ≈2.3×10-4
2 p p(CO)·p3 (H ) 2.5 kPa×(40 kPa) 3
2
kPa-2。(4)②由题图3可知，从t min开始H 的转化率降低，平衡逆向移动。由于反应ⅰ的正反应为放热反
2 2
应，降低温度，平衡正向移动，H 的转化率增大，A不符合题意；容器容积不变，通入一定量He(g)，各
2
组分的浓度不变，平衡不移动，H 的转化率不变，B不符合题意；容器容积不变，通入一定量
2
CH OH(g)，平衡逆向移动，H 的转化率降低，C符合题意；缩小容器容积，相当于增大压强，由于反应ⅰ
3 2
为反应前后气体分子数减小的反应，平衡正向移动，H 的转化率增大，D不符合题意。
2
