【备考2024年】从巩固到提高高考化学二轮微专题49 化学原理综合

【备考2024年】从巩固到提高高考化学二轮微专题49 化学原理综合
教材科目：化学
试卷分类：高考阶段
文件类型：.doc
发布时间：2026-05-01
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以下为试卷部分试题预览

1. 综合题

详细信息

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。

（1） Ⅰ.制取氢气
甲醇和水蒸气制取氢气的过程中有下列反应：
$\text{[math]}$ $\text{[math]}$ kJ·mol $\text{[math]}$
$\text{[math]}$ $\text{[math]}$ kJ·mol $\text{[math]}$
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 $\text{[math]}$ 平衡产率的措施有(写出一条即可)。
（3） Ⅱ.储存氢气
硼氢化钠( $\text{[math]}$ )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 $\text{[math]}$ 在水中的溶解度为55 g， $\text{[math]}$ 在水中的溶解度为0.28 g
在配制 $\text{[math]}$ 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 $\text{[math]}$ 水溶液中加入催化剂Ru/NGR后，能够迅速反应，生成偏硼酸钠( $\text{[math]}$ )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 $\text{[math]}$ 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 $\text{[math]}$ 溶液可制得 $\text{[math]}$ ，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”)

2. 综合题

详细信息

运用化学反应原理研究合成氨反应有重要意义。请回答下列问题，

（1）生成氢气：将水蒸气通过红热的炭即产生水煤气。C(s)+H₂O(g)⇌H₂(g)+CO(g) ΔH= +131.3 kJ·mol^-1 ， ΔS = +133.7 J·mol^-1·K^-1 ，该反应在低温下(“能”或“不能”)自发进行。
（2）已知在T ℃时，反应N₂(g)+3H₂(g)⇌2NH₃(g)的平衡常数K = 0.5，相关化学键键能数据如表：
化学键
N≡N
H-H
N-H
键能/(kJ·mol^-1)
946
436
390.8
①T℃时， 2NH₃(g)⇌N₂(g)+3H₂(g)的ΔH =。
②T℃时，在1L密闭容器中进行合成氨反应，一段时间后，测得N₂、H₂、NH₃的物质的量分别为4 mol 、2 mol 、4 mol，则此时反应v_正(N₂)v_逆(N₂)(填“>”“<”“=”或“不能确定” )。
（3）近期，我国科学家为了解决合成氨反应速率和平衡产率的矛盾，选择使用Fe-TiO_2-xH_y双催化剂，通过光辐射产生温差(如体系温度为495℃时，Fe的温度为547℃，而TiO_2-xH_y的温度为415℃)。结合图示解释该双催化剂的工作原理。
（4）已知合成氨反应的速率方程为：v= kc^α(N₂)c^β( H₂)c^-1(NH₃) ，k为反应速率常数。在合成氨过程中，需要不断分离出氨，该操作的目的是。
（5）以氨为原料生产尿素的方程式为2NH₃(g)+CO₂(g)⇌CO(NH₂)₂(1)+H₂O(g)。
①为进一步提高NH₃的平衡转化率，下列措施能达到目的的是(填字母)。
A．增大CO₂的浓度            B．增大压强
C．及时转移生成的尿素        D．使用更高效的催化剂
②尿素的合成分两步进行：
a.2NH₃(g)+CO₂(g)⇌NH₂COONH₄ (1) ΔH =-117 kJ/mol
b．NH₂COONH₄(1)⇌CO(NH₂)₂(1)+H₂O(g)   ΔH = +15 kJ/mol，
第一步反应速率快，可判断活化能较大的是 (填“第一步”或“第二步”)。
③某实验小组为了模拟工业合成尿素，在恒温恒容的真空密闭容器中充入一定量的CO₂和NH₃发生反应： 2NH₃(g)+CO₂(g)⇌CO(NH₂)₂(1)+H₂O(g)，反应过程中NH₃的体积分数如图所示。实验测得体系平衡时的压强为10MPa，计算该反应的平衡常数(MPa)^-2(已知：分压=总压 ×体积分数)。

3. 综合题

详细信息

我国力争2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和。 $\text{[math]}$ 的综合利用是实现碳中和的措施之一。

（1）生产尿素：
①尿素的合成分两步进行：
a. $\text{[math]}$ $\text{[math]}$
b. $\text{[math]}$ $\text{[math]}$
则总反应 $\text{[math]}$ 的ΔH=。
②如图为 $\text{[math]}$ 时，温度对 $\text{[math]}$ 的转化率的影响。解释温度升高 $\text{[math]}$ 的平衡转化率增大的原因：
（2）已知制备甲醇的有关化学反应如下： $\text{[math]}$
①甲醇还可以与乙酸反应制香料，反应方程式为 $\text{[math]}$ ，制香料反应的平衡常数K的表达式为。
②850℃时，反应 $\text{[math]}$ 的平衡常数K=160，在密闭容器中进行该反应，开始时只加入 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ ，反应10min后测得各组分的浓度如下表。比较正、逆反应的速率的大小：v(正) v(逆)(填“>”“＜”或“=”)。
物质
$\text{[math]}$
$\text{[math]}$
$\text{[math]}$
$\text{[math]}$
浓度/( $\text{[math]}$ )
0.2
0.2
0.4
0.4
（3）一定温度下，在体积为2L的恒容密闭容器中加入4mol CO(g)和4mol $\text{[math]}$ (g)发生反应 $\text{[math]}$ ，测得CO(g)和 $\text{[math]}$ (g)的物质的量随时间的变化如图所示：
①从反应开始至达到化学平衡时，以 $\text{[math]}$ 表示的平均化学反应速率为 $\text{[math]}$ 。
②若该反应的正、逆反应速率分别可表示为 $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 分别为正、逆反应速率常数， A、B两点对应的时刻，该反应的正反应速率之比 $\text{[math]}$ 。
③若平衡时总压强为pkPa，用平衡分压代替其平衡浓度表示的化学平衡常数 $\text{[math]}$ [已知：气体分压( $\text{[math]}$ )=气体总压( $\text{[math]}$ )×该气体的体积分数]。

4. 综合题

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能源的合理开发和利用，低碳减排是人类正在努力解决的大问题。2023 年2月21日，中国气候变化特使谢振华获得首届诺贝尔可持续发展特别贡献奖，以表彰他在全球生态保护中做出的贡献

（1）在298K、100kPa时，已知：
C(s，石墨) +O₂(g)=CO₂(g) ΔH₁= -393.5 kJ·mol^-1
H₂(g) + $\text{[math]}$ O₂(g)=H₂O(1) ΔH₂= -285.8 kJ· mol^-1
2C₂H₂(g) +5O₂ (g)= 4CO₂(g) +2H₂O(1) ΔH₃= -2599.0 kJ·mol^-1
在298K时由C(s，石墨)和H₂(g)反应生成1 mol C₂H₂(g) 的热化学方程式为。
（2）在固相催化剂作用下CO₂加氢合成甲烷过程中发生以下两个反应：
主反应：CO₂(g) +4H₂(g) $\text{[math]}$ CH₄(g) +2H₂O(g) ΔH₁=-156.9kJ· mol^-1
副反应：CO₂(g) +H₂(g) $\text{[math]}$ CO(g) + H₂O(g) ΔH₂= +41.1 kJ·mol^-1
工业合成甲烷通常控制温度为500℃左右，其主要原因为。
（3）向密闭容器中充入一定量的CH₄(g)和NO(g) ，保持总压为100kPa发生反应：
CH₄(g) +4NO(g) $\text{[math]}$ 2N₂(g) +CO₂(g) +2H₂O(g) ΔH <0。
当 $\text{[math]}$ =1时，NO的平衡转化率~ $\text{[math]}$ ；T₂时NO平衡转化率~ $\text{[math]}$ 的关系如图
①能表示此反应已经达到平衡的是。
A．气体总体积保持不变
B．混合气体的平均相对分子质量保持不变
C． $\text{[math]}$ 不再变化
②表示T₂时NO平衡转化率~ $\text{[math]}$ 的关系是(填“I”或“II”)，T₁T₂(填“>”或“<”)。
③在 $\text{[math]}$ =1、T₂时，CH₄的平衡分压为。已知：该反应的标准平衡常数 $\text{[math]}$ ，其中 $\text{[math]}$ =100 kPa，p(CH₄)、p(NO)、p(CO)₂、 p(N₂)和p( H₂O)为各组分的平衡分压，则该温度下 $\text{[math]}$ =。(分压=总压 ×物质的量分数。计算结果用分数表示)。

5. 综合题

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$\text{[math]}$ 常用作脱硝催化剂，采用共沉淀法等比掺入金属 $\text{[math]}$ 后，催化剂 $\text{[math]}$ 的脱硝性能及抗硫中毒性能会发生改变。烟气脱硝主要副产物为 $\text{[math]}$ ，主反应如下：
反应I： $\text{[math]}$ ；
反应II： $\text{[math]}$

（1）已知： $\text{[math]}$ 。则 $\text{[math]}$ 。
（2）某条件下对于反应I， $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ ， k_正、k_逆为速率常数。升高温度时，k_正增大m倍，k_逆增大n倍，则m n(填“>”“<”或“=”)。
（3）将模拟烟气按一定流速通到催化剂表面，不同温度下气体出口处测定相关物质浓度，得出NO的转化率、 $\text{[math]}$ 的选择性、 $\text{[math]}$ 的生成量随温度变化关系如下图。
①选择 $\text{[math]}$ 时，温度高于260℃时NO转化率下降的原因为。
②综合分析，该脱硝过程应选择的最佳催化剂中M为。
③选用合适的催化剂还能抑制催化剂表面出现NH₄HSO₄结晶现象，结晶会导致。
（4） 273℃，P₀kPa下，向恒温恒压密闭的容器中(假设仅发生反应I、II)通入4molNH₃、4molNO、2molO_2。
①下列选项不能说明反应I、Ⅱ均达到化学平衡状态的是。
A．混合气体的平均摩尔质量保持不变 B．n(NH₃)∶n(NO)保持不变
C．有1molN-H键断裂的同时，有 $\text{[math]}$ 键断裂 D．NO的分压保持不变
②达到平衡后测定O₂转化率为30%，体系中NH₃为1.2mol。则NO的转化率为，反应I的K_p=(写出计算式即可)(分压=总压×物质的量分数)。

6. 综合题

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全球大气CO₂浓度升高对人类生产、生活产生了影响，碳及其化合物的资源化利用成为研究热点。回答下列问题：

（1）已知25℃时，大气中的CO₂溶于水存在以下过程
①CO₂(g) $\text{[math]}$ CO₂(aq)
②CO₂(aq)+H₂O(1) $\text{[math]}$ H⁺(ag)+HCO $\text{[math]}$ (aq) K
过程①的ΔH0(填“＞”“＜”或“=”)。溶液中CO₂的浓度与其在大气中的分压(分压=总压×物质的量分数)成正比，比例系数为ymol·L^-1·kPa^-1。当大气压强为pkPa，大气中CO₂(g)的物质的量分数为x时，溶液中H⁺的浓度为mol·L^-1(忽略HCO $\text{[math]}$ 和水的电离)。
（2）焦炭与水蒸气可在高温下反应制H₂。
反应I：C(s)+H₂O(g) $\text{[math]}$ CO(g)+H₂(g) ΔH₁=+131.3kJ·mol^-1 K₁
反应II：C(s)+2H₂O(g) $\text{[math]}$ CO₂(g)+2H₂(g) ΔH₂=+90.3kJ·mol^-1 K₂
反应III：CO(g)+H₂O(g) $\text{[math]}$ CO₂(g)+H₂₍g) ΔH₃=-41.0kJ·mol^-1 K₃
上述反应的化学平衡常数随温度变化的关系如图所示，表示K₁、K₂、K₃的曲线分别是c、、。
②研究表明，反应III的速率方程为v=k[x(CO)·x(H₂O)- $\text{[math]}$ ]，x表示相应气体的物质的量分数，K_p为平衡常数(用平衡分压代替平衡浓度计算)，k为反应的速率常数，随温度升高而增大。在气体物质的量分数和催化剂一定的情况下，反应速率随温度的变化如图所示。根据速率方程分析T＞T_m时，v逐渐下降的原因是。
（3）甲烷干法重整制H₂同时存在如下反应：
主反应：CH₄(g)+CO₂(g) $\text{[math]}$ 2CO(g)+2H₂(g) ΔH₁
副反应：CO₂(g)+H₂(g) $\text{[math]}$ CO(g)+H₂O(g) ΔH₂
温度为T℃，压强为p₀的恒压密闭容器中，通入2molCH₄和1molCO₂发生上述反应。平衡时H₂O(g)的分压为p₁ ，甲烷的转化率为40%。
①下列说法正确的是(填标号)
A．ΔH₁和ΔH₂不变，说明反应达到平衡状态
B．相同条件下，主反应的速率大于副反应，说明主反应的活化能小
C．选用合适的催化剂可以提高主反应的选择性，增大甲烷的平衡转化率
D．平衡后，若增大压强，主反应平衡逆向移动，副反应平衡不移动
②平衡时混合气体的总物质的量为mol，H₂(g)的分压是(用含p₀和p₁的计算式表示)。
（4）甲醇燃料电池中，吸附在催化剂表面的甲醇分子逐步脱氢得到CO，四步可能脱氢产物及其相对能量如图，则最可行途径为a→(用b-j等代号表示)。

7. 综合题

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（1） Ⅰ.科学家对汽车尾气进行无害化处理反应为：2CO + 2NO $\text{[math]}$ 2CO₂+ N₂。一定条件下，在 $\text{[math]}$ L密闭容器中充入 $\text{[math]}$ mol CO和 $\text{[math]}$ mol NO，一段时间后测得CO、CO₂浓度随时间变化如图1所示，CO的平衡转化率与温度、起始投料比m的关系如图2所示，图中起始投料比 $\text{[math]}$ ，完成问题：
该反应的化学平衡常数表达式是。根据图1，用N₂表示该反应达平衡过程中的平均反应速率是mol/(L·min)。
（2）已知：反应2CO(g) + 2NO(g) $\text{[math]}$ 2CO₂(g)+ N₂(g)中，每生成14克N₂时放出373.23kJ热量，试写出上述反应的热化学方程式：。
（3）该反应的正反应是反应(填“吸热”或“放热”)。图2中a、b、c三点对应的平衡常数K_a、K_b、K_c相对大小关系是。
（4）写出一条结论，可表明该反应已经达到平衡状态。
（5）下列关于该可逆反应的说法错误的是(单选题)
a．其他条件不变，若充入N₂ ，达到新平衡时， $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 均增大
b．加入催化剂可提高NO的平衡转化率
c．若适当增大压强，则平衡正向移动
d．其他条件不变，若容器体积扩大一倍，达到新平衡时，c(N₂)小于原来的一半
（6） Ⅱ.研究表明：在使用等质量催化剂时，增大催化剂比表面积可提高化学反应速率。为了验证催化剂比表面积对反应速率的影响规律，在温度为T₀时，某同学设计了以下实验：
实验编号
T(K)
NO的初始浓( $\text{[math]}$ )
CO的初始浓度 ( $\text{[math]}$ )
催化剂的比表面积 ( $\text{[math]}$ )
I
T₀
$\text{[math]}$
$\text{[math]}$
75
II
T₀
$\text{[math]}$
$\text{[math]}$
50
在图3中画出表中实验II条件下混合气体中NO的浓度随时间变化的曲线。

8. 综合题

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减少CO₂排放并实现CO₂的有效转化已成为科研工作者的研究热点。根据以下几种常见的CO₂转化方法，回答下列问题：

（1） I．研究表明，利用如图所示的原理，可以将CO₂转化为炭黑。
该过程的能量转化形式为，在整个过程中， FeO 的作用是。
（2）已知：①2Fe₃O₄(s)=6FeO(s)+O₂(g) ΔH₁=akJmol
②C(s)+O₂(g)=CO₂(g) ΔH₂=bkJ/mol
则过程1的热化学方程式为。
II．以氧化铟(In₂O₃)作催化剂，采用“CO₂催化加氢制甲醇”方法将CO₂资源化利用。反应历程如下：
i．催化剂活化： In₂O₃( 无活性) $\text{[math]}$ In₂O_3-x(有活性) ；
ii．CO₂与H₂在活化的催化剂表面同时发生如下反应：
反应①： CO₂(g)+3H₂(g) $\text{[math]}$ CH₃OH(g)+H₂O(g) ΔH₃主反应
反应②： CO₂(g)+H₂(g) $\text{[math]}$ CO(g)+H₂O(g) ΔH₄副反应
（3）某温度下，在恒容密闭反应器中，下列能说明反应①达到平衡状态的是____ (填编号 )。

A . 混合气体的密度不再变化 B . CH₃OH的分压保持不变 C . v_正(H₂)：v_逆(CH₃OH)=3：1 D . CO₂、H₂、CH₃OH和H₂O的浓度之比为1：3：1：1
（4）增大CO₂和H₂混合气体的流速，可减少产物中H₂O(g) 的积累，从而减少催化剂的失活，请用化学方程式表示催化剂失活的原因：。
（5） ii中反应①、②的lnK(K代表化学平衡常数)随 $\text{[math]}$ ×10³ (T代表温度)的变化如图所示。
a．升高温度，反应CO(g)+2H₂(g) $\text{[math]}$ CH₃OH(g)的化学平衡常数K (填“增大” “减小”或“不变”)。
b．恒温恒压密闭容器中，加入2molCO₂和4molH₂ ，只发生反应①和反应②，初始压强为P₀。在230℃以上，升高温度，CO₂的平衡转化率增大，但甲醇的产率降低，可能原因是。在300℃发生反应，反应达到平衡时，CO₂的转化率为50%，容器体积减小20%，则反应②用平衡分压表示的平衡常数K_p= ( 保留两位有效数字)。

9. 综合题

详细信息

氨是化肥工业和有机化工的主要原料，历史上在合成氨的理论可行性、工业化及机理等方面的研究上产生过三位诺贝尔奖得主。回答下列问题：

（1）科学家基于不同的催化体系提出了相应的反应机理。
①基于铁催化体系(添加了氧化铝和氧化钾)的反应机理及能量变化如图所示，据此计算反应 $\text{[math]}$ 的ΔΗ=。

②中科院大连化学物理研究所科研团队构筑了“过渡金属—LiH”双活性中心催化体系，显著提高了传统金属催化剂在温和条件下的合成氨性能，其反应过程分为以下三步(*表示催化剂的活性位点)，据此写出Ⅱ的化学方程式。

I． $\text{[math]}$ ；Ⅱ．；Ⅲ． $\text{[math]}$ 。
（2）研究表明，反应 $\text{[math]}$ 在不同压强(p)和氮氢比[ $\text{[math]}$ ]下，平衡体系中氨的体积分数[ $\text{[math]}$ ]随温度(T)的变化曲线如图所示。
①a点对应的转化率： $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ (填“>”“<”或“=”，下同)； $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ 。
②c点对应的 $\text{[math]}$ 小于a点对应的 $\text{[math]}$ ，解释其原因为。
③a、b、e三点对应的压强平衡常数( $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ )的大小关系为；a点对应的压强平衡常数 $\text{[math]}$ (用体系中各气体的分压来表示，分压=总压×物质的量分数)
（3）合成氨动力学研究表明，反应 $\text{[math]}$ 达到平衡时，正反应的速率方程为 $\text{[math]}$ 。已知： $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 为速率常数。据此计算， $\text{[math]}$ 中β=；γ=。

10. 综合题

详细信息

CO₂与CH₄均是温室气体，CO₂与CH₄催化重整受到越来越多的关注，它是有效应对全球气候变化的重要方法。

（1） CO₂与CH₄经催化重整可制得合成气CO和H₂ ，其反应原理为CO₂(g)+CH₄(g) $\text{[math]}$ 2CO(g)+2H₂(g)　ΔH=+120kJ·mol^-1
①该反应在一定温度下能自发进行的原因为。
②已知键能是指气态分子中1mol化学键解离成气态原子所吸收的能量，上述反应中相关的化学键键能数据如下：
化学键
C-H
C≡O
H-H
键能/(kJ·mol^-1)
413
1075
436
则CO₂(g)=C(g)+2O(g)　ΔH=kJ·mol^-1。
（2）催化重整涉及的反应如下：
i．CH₄(g)+CO₂(g) $\text{[math]}$ 2H₂(g)+2CO(g)
ii．H₂(g)+CO₂(g) $\text{[math]}$ H₂O(g)+CO(g)　ΔH=+41.2kJ·mol^-1
若在恒温、恒容密闭容器中进行反应i、ii，下列事实能说明上述反应达到平衡状态的是____ (填字母)。

A . 相同时间内形成C-H键和H-H键的数目之比为2：1 B . 体系内n(H₂)/n(CO)保持不变 C . 体系内各物质的浓度保持不变 D . 体系内混合气体的密度保持不变
（3）在总压为24p₀的恒压密闭容器中，起始时通入n(CH₄)：n(CO₂)=1：1的混合气体，在一定温度下发生反应i、ii，测得CH₄、CO₂的平衡转化率分别为20%和40%。
①平衡时容器的体积是起始时的倍。
②该温度下反应i的压强平衡常数K_p= $\text{[math]}$ (K_p为用分压表示的平衡常数，分压=总压×物质的量分数)。
③维持其他因素不变，若向平衡体系中通入一定量的N₂(N₂不参与反应)，再次平衡后CH₄的转化率 (填“增大”“减小”“不变”或“无法判断”，下同)， $\text{[math]}$ 。
（4）光催化甲烷重整技术也是研究热点。以Rh/SrTiO₃为光催化剂，光照时，价带失去电子并产生空穴(h⁺ ，具有强氧化性)，CO₂在导带获得电子生成CO和O^2- ，价带上CH₄直接转化为CO和H₂ ，反应机理如图所示：
在Rh表面，每生成1molCO，则价带产生的空穴(h⁺)数为N_A；价带上的电极反应式可表示为。