专题15化学反应原理综合题（测）-2023年高考化学二轮复习讲练测（新高考专用）（解析版）_05高考化学_新高考复习资料_2023年新高考资料_二轮复习

专题 15 化学反应原理综合题 （本卷共10小题，满分100分，考试用时75分钟） 可能用到的相对原子质量：H 1 Li 7 B 11 C 12 N 14 O 16 Na 23 Mg 24 Al 27 S 32 Cl 35.5 一、非选择题：本题共10个小题，每小题10分，共100分。 1．我国自主研发的DMTO技术是以煤或天然气代替石油作原料生产乙烯和丙烯的新技术。DMTO工业化 技术的成功研发，对开辟我国烯烃产业新途径具有重要意义。回答下列问题： (1)煤气化包含一系列化学反应，热化学方程式如下： ① ② ③ ，则a=_______。 (2)在一定温度下，向某刚性容器中充入一定量 、 仅发生反应： 。下列情况表明反应已达到平衡状态的是_______(填标 号)。 A．混合气体的密度保持不变 B．混合气体的平均摩尔质量保持不变 C．混合气体的总压强保持不变 D．含碳粒子总浓度保持不变 (3)向一密闭容器中充入 ，发生反应： 。其 他条件不变时， 的平衡转化率随着温度(T)、压强(p)的变化如图所示： ① _______(填“>”或“<”) ， 时，N点的平衡常数K=_______。已知M点、N点时容器的体积分 别为1L、0.5L。②欲提高 的平衡转化率，可采取的措施是_______(填一条，下同)，欲增大反应速率，可采取的措 施是_______。 (4) 一定温度下，向一恒容密闭容器中投入1.5molCO、 发生反应： 。测得反应开始时容器内压强为 ，10min后 反应到达平衡，平衡时体系压强降低了 。 _______ ，该温度下的平衡常数 _______ ( 为分压表示的平衡常数，分压=总压X物质的量分数)。 【答案】(1)172 (2)BC (3) > 减小压强、降低温度 增大压强、升高温度(4) 1×104 1×10-10 【解析】（1）① ② 根据盖斯定律①-②得 ，则a=172。 （2）A．反应前后气体总质量不变、容器体积不变，密度是恒量，混合气体的密度保持不变，反应不一 定平衡，故不选A； B．反应前后气体总质量不变，反应后气体物质的量减少，混合气体的平均摩尔质 量是变量，混合气体的平均摩尔质量保持不变，反应一定达到平衡状态，故选B；C．反应后气体物质的量减 少，压强是变量，混合气体的总压强保持不变，反应一定达到平衡状态，故选C；D．根据碳元素守恒，含碳 粒子总数不变，含碳粒子总浓度保持不变，反应不一定平衡，故不选D；选BC。 （3）①增大压强， 平衡逆向移动， 的平衡转化率减小，所 以 > ；平衡常数只与温度有关， 时，N点的平衡常数与M点相同，根据M点数据，K= 。 ②根据影响平衡移动的因素，减小压强、降低温度平衡正向移动， 的转化率增大；根据影响反应速率 的因素，增大压强、升高温度，可增大反应速率。（4）一定温度下，向一恒容密闭容器中投入1.5molCO、 发生反应： 。同温同体积，压强比等于物质的 量比，反应开始时容器内压强为 ，10min后反应到达平衡，平衡时体系压强降低了 ， 3×105-2x=2×105，x=5×104MPa； ÷10min=1×104 ，该温度下的平衡常数 。 2．当前，实现碳中和已经成为全球的广泛共识，化学科学在此过程中发挥着至关重要的作用。 (1)一种将二氧化碳催化合成甲醇的技术原理为 。 ①一定条件下，将 和 充入某恒温恒容密闭容器中发生上述反应，下列不能说明反应达到 平衡状态的是___________(填字母序号)。 A． 的消耗速率与 的消耗速率相等 B． 的体积分数保持不变 C．混合气体的平均密度保持不变 D．混合气体的平均相对分子质量保持不变②研究温度对甲醇产率的影响时发现，在210℃~290℃，保持原料气中 和 的投料比不变，得到平 衡时甲醇的产率与温度的关系如图所示，则该反应的 ___________0(填“=”“>”或“<”)，原因是 ___________。 ③设平衡体系中甲醇的物质的量分数为 。若控制初始投料比 ，使反应在不同条件下 达到平衡。测得 下 的关系和 下 的关系如图所示，则图中表示 下 的关系的曲线是___________(填“a”或“b”)。当 时， 的平 衡转化率 ___________(保留三位有效数字)，反应条件可能为___________或___________。 (2) 也可以转化为重要的工业原料乙烯。已知298K时，相关物质的相对能量如图所示，则 与 反应生成 、 和气态水的热化学方程式为___________。(3) 辅助的 电池电容量大，能有效利用 ，其工作原理如图所示。其中，离子液体是优良的 溶剂，具有导电性；电池反应产物 重要的化工原料。此电池的正极区反应式有： ， ___________，反应过程中 的作用是___________。 【答案】(1) D < 升高温度，甲醇的产率降低，说明升高温度，化学平衡逆向移动，逆反应为吸热 反应，则该反应的正反应为放热反应 b 33.3% 2×105Pa，210℃ 9×105Pa，280℃ (2)C H(g)+CO (g)=C H(g)+CO(g)+HO(g) ∆H =+177 kJ·mol-1 2 6 2 2 4 2 (3) 6CO+6O -=3C O2-+6O 正极反应的催化剂 2 2 2 4 2 【解析】（1）①A． 的消耗速率与 的消耗速率相等，则正逆反应速率相等，反应达到平衡， A不选；B．该反应为体积减小的反应， 的体积分数保持不变，反应达到平衡，B不选；C．反应前后 均为气体，且在恒容密闭容器中发生，混合气体的平均密度始终保持不变，则不能判断反应达到平衡，C选； D．该反应为体积减小的反应，混合气体的平均相对分子质量保持不变，反应达到平衡，D不选；②根据图示可知：升高温度，甲醇的产率降低，说明升高温度，化学平衡逆向移动，逆反应为吸热反应，则该反应的正反 应为放热反应，所以△H＜0。③该反应正向为放热反应，升高温度时平衡逆向移动，体系中x(CHOH)将减 3 小，因此图中对应等压过程的曲线是b；设起始n(CO)=1mol，n(H )=3mol，则 2 2 当平衡时 时， ，解得x= mol，平衡时CO 的转化率α= 2 ；由图可知，满足平衡时 的条件有：2×105Pa，210℃或9×105Pa， 280℃； （2）结合图像，反应的热化学方程式为C H(g)+CO (g)=C H(g)+CO(g)+HO(g) ∆H =[52+(-110)+ 2 6 2 2 4 2 (-242)-(-84)-(-393)]kJ· mol-1=+177 kJ· mol-1；（3）铝电极失去电子，则电池的负极为Al，电解质为氯化铝离 子液体，所以Al失电子应转化为Al3+，铝电极的电极反应为：Al-3e–=Al3+（或2Al-6e–=2Al3+）。正极发生分步 反应，对应的电极反应为：6O+6e−=6O -、6CO+6O -=3C O2-+6O ，氧气在第一步被消耗，又在第二步生成， 2 2 2 2 2 4 2 所以氧气为正极反应的催化剂，将方程式加和得到总反应为：2Al+6CO =Al(C O)。 2 2 2 4 3 3．“碳达峰·碳中和”是我国社会发展重大战略之一， 还原 是实现“双碳”经济的有效途径之 一，相关的主要反应有： Ⅰ： Ⅱ： 请回答： (1)有利于提高 平衡转化率的条件是___________。 A．低温低压 B．低温高压 C．高温低压 D．高温高压 (2)反应 的 __________ ， _________(用 表 示)。(3)恒压、 时， 和 按物质的量之比 投料，反应经如下流程(主要产物已标出)可实现 高效转化。 ①下列说法正确的是___________。 A． 可循环利用， 不可循环利用 B．过程ⅱ， 吸收 可促使 氧化 的平衡正移 C．过程ⅱ产生的 最终未被 吸收，在过程ⅲ被排出 D．相比于反应Ⅰ，该流程的总反应还原 需吸收的能量更多 ②过程ⅱ平衡后通入 ，测得一段时间内 物质的量上升，根据过程ⅲ，结合平衡移动原理，解释 物质的量上升的原因___________。 (4) 还原能力 可衡量 转化效率， (同一时段内 与 的物质的量 变化量之比)。 ①常压下 和 按物质的量之比 投料，某一时段内 和 的转化率随温度变化如图1，请在 图2中画出 间R的变化趋势，并标明 时R值___________。②催化剂X可提高R值，另一时段内 转化率、R值随温度变化如下表： 48 温度/℃ 500 520 550 0 转化率/% 7.9 11.5 20.2 34.8 R 2.6 2.4 2.1 1.8 下列说法不正确的是___________ A．R值提高是由于催化剂X选择性地提高反应Ⅱ的速率 B．温度越低，含氢产物中 占比越高 C．温度升高， 转化率增加， 转化率降低，R值减小 D．改变催化剂提高 转化率，R值不一定增大 【答案】(1)C (2) (3) BC 通入 分解平衡正移，导致 增大， 促进 还原 平衡正移 (4) C 【解析】（1）反应Ⅰ为气体体积增大的吸热反应，反应Ⅱ为气体体积不变的吸热反应，△H>0，升高温 度，平衡右移，CH 平衡转化率增大；降低压强，平衡右移，CH 平衡转化率增大，故有利于提高 平衡转 4 4 化率的条件是高温低压；答案选C；（2）已知：Ⅰ：Ⅱ： 根据盖斯定律，由Ⅰ+Ⅱ 2得反应 ； 故 △H+2△H =+329 ， ； 1 2 （3）①A．根据流程可知， 转化为Fe，Fe又转化为 ， 可循环利用；CaCO 受热分解生 3 成 和CO, 又与CO 反应生成CaCO ， 也可循环利用，A错误；B．过程ⅱ， 吸收 使 2 2 3 浓度降低，促进 氧化 的平衡正移，B正确；C．过程ⅱ 吸收 而产生的 最终未被 吸收，在过程ⅲ被排出，C正确；D．焓变只与起始物质的量有关，与过程无关，故相比于反应Ⅰ，该流 程的总反应还原 需吸收的能量一样多，D错误；答案选BC；②通入 分解平衡正移，导致 增大，促进 还原 平衡正移，故过程ⅱ平衡后通入 ，测得一段时间内 物质的量上升； （4）①根据图1可知 时， 转化率为100%，即 =1mol, 转化率为60%,即 =3mol 60%=1.8mol，故 = =1.8，故 间R的变化趋势如图： 。②A．R值提高是由于催化剂X选择性地提高反应Ⅱ的速率，使单位时间内反应Ⅱ中CO 的转化率增大， 增大的倍数比 大，则R提高，A正确；B．根据表中数据可知，温度越 2 低， 转化率越小，而R越大， 增大的倍数比 大，含氢产物中 占比越高，B正确； C．温度升高， 转化率增加， 转化率也增大，且两个反应中的 转化率均增大，增大倍数多，故R 值增大，C不正确；D．改变催化剂使反应有选择性按反应Ⅰ而提高 转化率，若 转化率减小，则R值 不一定增大，选项D正确；答案选C。 4．乙醇是重要的有机化工原料，可由乙烯气相直接水合法或电解法制取。回答下列问题： Ⅰ、乙烯气相直接水合法制乙醇 (1)已知： ①2CHOH(g)=CH OCH (g)+HO(g) △H=-23.9kJ·mol 3 3 3 2 1 ②2CH OH(g)=C H(g)+2HO(g) △H=-29.1kJ·mol 3 2 4 2 2 ③C HOH(g)=CH OCH (g) △H=＋50.6kJ·mol 2 5 3 3 3 则乙烯气相直接水合反应C H(g)+HO(g)=C HOH(g)的△H=___________。 2 4 2 2 5 (2)已知等物质的量的C H 和HO的混合气体在一定的条件下反应，乙烯的平衡转化率与温度、压强的关 2 4 2 系如图。 ①图中压强P、P、P 由小到大的顺序为___________。 1 2 3 ②乙烯水合制乙醇反应在图中A点(P =8.1MPa)的平衡常数K=___________(用平衡分压代替平衡浓度计 2 p 算，分压=总压×物质的量分数，结果保留两位有效数字)。 ③若保持其他条件不变，将容器改为恒压密闭容器，则C H 的平衡转化率将___________(填“增大”、 2 4 “减小”或“不变”)。 Ⅱ、电解法制乙醇 (3)以铅蓄电池为电源可将CO 转化为乙醇，其原理如图所示，电极材料均为惰性电极。该电解池阴极上 2 的电极反应式为___________；每生成0.2mol乙醇，理论上消耗铅蓄电池中___________mol硫酸。【答案】(1)-45.4kJ/mol (2)P

”或“=”或“＜”) ②一定温度下，在容积为1L的两个恒容密闭容器中，按如下方式加入反应物，一段时间后达到平衡。 容器 甲 乙 反应物投入量 1mol CO 2、 3mol H 2 1mol CO 2、 1mol H 2、 1mol CH 3 OHg 、 1mol H 2 Og v v 若甲中平衡后气体的压强为开始的0.8倍，则乙容器起始时反应速率 正 _________ 逆。(填“>”“＜”或 “=”)。 ③一定温度下，此反应在恒压容器中进行，能判断该反应达到化学平衡状态的依据是_________。 a.容器中压强不变 H b. 2的体积分数不变 cH =3cCH OH c. 2 3d.容器中密度不变 e.2个CO断裂的同时有3个HH断裂 HCN K =4.91010 H CO K =4.3107 K =5.61011 KCN (3)已知电离常数 ： a ， 2 3： a1 ， a2 ，则向 溶液中通入 CO 少量 2时的离子方程式为_________。 CO H O (4)利用人工光合作用，借助太阳能使 2和 2 转化为 HCOOH ，如图所示，在催化剂b表面发生的电 极反应为：_________。 【答案】(1) b—a CaO消耗CO，生成物CO 的浓度减小，平衡向正反应方向移动，氢气的产率增大 2 2 (2) > ＜ bd (3)CO +CN—+H O=HCN+HCO - (4)CO +2H++2e—=HCOOH 2 2 3 2 【解析】（1）①由盖斯定律可知，反应Ⅲ—反应Ⅱ可得反应Ⅰ，则ΔH=ΔH—ΔH=(b—a)kj/mol；②二氧 1 3 2 化碳能与氧化钙反应生成碳酸钙，则加入氧化钙可以使反应Ⅰ生成的二氧化碳浓度减小，平衡向正反应方向移 动，氢气的产率增大；（2）①由图可知，曲线Ⅱ达到平衡达到平衡所需时间小于曲线Ⅰ，甲醇的物质的量小 于曲线Ⅰ说明反应温度Ⅱ大于Ⅰ，平衡向逆反应方向移动，该反应为放热反应，所以化学平衡常数K 大于 I K ；②设甲中平衡水蒸气的浓度为amol，由题意可建立如下三段式： II CO g+ 3H g  CH OHg+ H Og 2 2 3 2 起(mol) 1 3 0 0 变(mol) a 3a a a 平(mol) 1-a 3-3a a a 1 4 由平衡后气体的压强为开始的0.8倍可得：0.8=4-2a，解得a=0.4，则平衡时二氧化碳、氢气、甲醇、水 0.40.4 蒸气的浓度分别为0.6mol/L、1.8mol/L、0.4mol/L、0.4mol/L，反应的平衡常数K=0.61.83 ≈0.046，容器乙中 11 的浓度熵Q=113 =1>K，所以反应向正反应方向进行，正反应速率大于逆反应速率； c③a．恒压容器中混合气体的压强始终不变，则容器中压强不变不能说明正逆反应速率相等，无法判断反 应是否达到平衡，故错误；b．氢气的体积分数不变说明正逆反应速率相等，反应已达到平衡，故正确；c． cH =3cCH OH 2 3 不能说明正逆反应速率相等，无法判断反应是否达到平衡，故错误；d．由质量守恒定律可 知，反应前后气体的质量相等，该反应是气体体积减小的反应，反应中气体体积减小，混合气体的密度增大， 则容器中密度不变说明正逆反应速率相等，反应已达到平衡，故正确；e．2个CO断裂的同时有3个HH 断裂均代表正反应速率，不能说明正逆反应速率相等，无法判断反应是否达到平衡，故错误；故选bd；（3） 由电离常数可知，氢氰酸的电离程度大于碳酸氢根离子，小于碳酸，所以由强酸制弱酸的原理可知，氰化钾溶 液与二氧化碳反应生成氢氰酸和碳酸氢钾，反应的离子方程式为CO+CN—+H O=HCN+HCO -；（4）由图中电 2 2 3 子移动方向可知，催化剂b为原电池的正极，酸性条件下二氧化碳在正极得到电子发生还原反应生成甲酸，电 极反应式为CO+2H++2e—=HCOOH。 2 CO 10．习近平主席在第75届联合国大会提出我国要实现2030年碳达峰、2060年碳中和的目标。因此 2的 CO g CH g 捕获、利用与封存成为科学家研究的重要课题。研究表明 2 和 4 在催化剂存在下可发生反应制得 合成气： CO 2 gCH 4 g    2COg2H 2 g H。回答下列问题： (1)已知 CH 4 g 、 COg 和 H 2 g 的燃烧热 H 分别为890.3kJmol1 、283.0kJmol1和 285.8kJmol1 H  kJmol1 。上述反应的焓变 _________ 。 (2)将原料按 nCH 4 :nCO 2 1:1 充入密闭容器中，保持体系压强为100kPa发生反应，达到平衡时 CO 2 体积分数与温度的关系如图1所示。T C、100kPa ① 1 下，平衡时容器体积与初始容器体积之比为_________；该温度下，此反应的平衡常数 K  kPa2 p _________ (用平衡分压代替平衡浓度计算，分压总压物质的量分数) CO ②若A、B、C三点表示不同温度和压强下已达平衡时 2的体积分数，_________点对应的平衡常数最 小，_________点对应的压强最大。 CO g CH g COg (3)在其他条件相问，不同催化剂(A、B)作用下，使原料 2 和 4 反应相同的时间， 的产 率随反应温度的变化如图2： E A E B E A ①在催化剂A、B作用下，它们正、逆反应活化能差值分别用 a 和 a 表示，则 a E B _________ a (填“>”、“<”或“=”)。 v v ②y点对应的 逆_________ (填“>”、“<”或“=”)z点对应的 正。 ③图中W点时反应_________ (填“是”或“否”)达到平衡状态。 1600 【答案】(1)+247.3 (2) 5:4 177.8或 9 A C (3) = < 是 【解析】（1）根据题中所给条件，可以列出 CH 4 （g）+2O 2 (g)=CO 2 (g)+2H 2 O(l) △H 4=-890.3kJ/mol； 1 △H CO(g)+2O(g)=CO (g) 5=-283.0kJ/mol； 2 21 △H △H =△H -2(△H +△H ) H(g)+ 2O(g)=HO(l) 6=-285.8kJ/mol，根据盖斯定律可得 1 4 5 6 =+247.3kJ/mol； 2 2 2 CH g +CO g  2COg+2H g 4 2 2 起始量(mol) a a 0 0 转化量(mol) x x 2x 2x 平衡量(mol) a-x a-x 2x 2x （2）①T℃、100kPa下，由三段式分析可知， ，根 1 a-x ×100% 据气体的体积分数即为物质的量分数，故有：2a+2x =30%，即得：x=0.25a，n(初始气体)：n(平衡时气 体)=2a：(2a+2x)=2a：(2a+2×0.25a)=4:5，同温同压，体积之比等于物质的量之比，平衡时容器体积与初始容器 a-x ×p 体积之比为5:4；该温度下，CH、CO、CO、H 的平衡分压分别为：p(CH)= p(CO )=2a+2x 总 = 4 2 2 4 2 a-0.25a 2x 20.25a ×100kPa ×p ×100kPa 2a+20.25a =30kPa，,p(CO)=p(H )= 2a+2x 总 =2a+20.25a =20kPa，此反应的平衡常数Kp= 2 p2(CO)p2(H ) (20kPa)2(20kPa)2 1600 2 p(CH 4 )p(CO 2 ) = (30kPa)(30kPa) = 9 (kPa)2；②若A、B、C三点表示不同温度和压强下已达平衡时CO 2 的 体积分数，由于平衡常数仅仅是温度的函数，且该反应正反应是一个吸热反应，升高温度平衡正向移动，平衡 常数增大，A点对应的平衡常数最小；该反应增大压强平衡逆向移动，CO 的体积分数增大，故C点对应CO 2 2 的体积分数大，温度高，压强最大，故答案为：A；C；（3）①在催化剂A、B作用下，它们正、逆反应活化 能差值即该反应的反应热H，催化剂影响反应速率但不影响反应的焓变，分别用E(A)、E(B)表示，则 E(A)=E(B)，故答案为：=； ②由图可知，y点对应的温度低于z点对应的温度，温度越高反应速率越快，故y 点对应的 ＜z点对应的 ，故答案为：＜；③催化剂改变反应速率，但不影响平衡状态，W点及之后升 (逆) (正) 温，一氧化碳的产率相同，说明反应已达到平衡。