2022届高考化学一轮复习 高考必考大题专练（二）化学原理综合应用题（含解析）.docx

1、高考必考大题专练（二）化学原理综合应用题（A组）12020全国卷，28天然气的主要成分为CH4，一般还含有C2H6等烃类，是重要的燃料和化工原料。（1）乙烷在一定条件可发生如下反应：C2H6（g）=C2H4（g）H2（g）H1，相关物质的燃烧热数据如表所示：物质C2H6（g）C2H4（g）H2（g）燃烧热H/（kJmol1）15601411286H1kJmol1。提高该反应平衡转化率的方法有、。容器中通入等物质的量的乙烷和氢气，在等压下（p）发生上述反应，乙烷的平衡转化率为。反应的平衡常数Kp（用平衡分压代替平衡浓度计算，分压总压物质的量分数）。（2）高温下，甲烷生成乙烷的反应如下：2CH4C

2、2H6H2。反应在初期阶段的速率方程为：rkcCH4，其中k为反应速率常数。设反应开始时的反应速率为r1，甲烷的转化率为时的反应速率为r2，则r2r1。对于处于初期阶段的该反应，下列说法正确的是。A增加甲烷浓度，r增大B增加H2浓度，r增大C乙烷的生成速率逐渐增大D降低反应温度，k减小（3）CH4和CO2都是比较稳定的分子，科学家利用电化学装置实现两种分子的耦合转化，其原理如图所示：阴极上的反应式为_。若生成的乙烯和乙烷的体积比为21，则消耗的CH4和CO2体积比为。22020山东卷，18探究CH3OH合成反应化学平衡的影响因素，有利于提高CH3OH的产率。以CO2、H2为原料合成CH3OH涉

3、及的主要反应如下：.CO2（g）3H2（g）CH3OH（g）H2O（g）H149.5kJmol1.CO（g）2H2（g）CH3OH（g）H290.4kJmol1.CO2（g）H2（g）CO（g）H2O（g）H3回答下列问题：（1）H3kJmol1。（2）一定条件下，向体积为VL的恒容密闭容器中通入1molCO2和3molH2发生上述反应，达到平衡时，容器中CH3OH（g）为amol，CO为bmol，此时H2O（g）的浓度为molL1（用含a、b、V的代数式表示，下同），反应的平衡常数为。（3）不同压强下，按照n（CO2）n（H2）13投料，实验测定CO2的平衡转化率和CH3OH的平衡产率随温度

4、的变化关系如图所示。已知：CO2的平衡转化率100%CH3OH的平衡产率100%其中纵坐标表示CO2平衡转化率的是图（填“甲”或“乙”）；压强p1、p2、p3由大到小的顺序为；图乙中T1温度时，三条曲线几乎交于一点的原因是。（4）为同时提高CO2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32020江苏卷，20CO2/HCOOH循环在氢能的贮存/释放、燃料电池等方面具有重要应用。（1）CO2催化加氢。在密闭容器中，向含有催化剂的KHCO3溶液（CO2与KOH溶液反应制得）中通入H2生成HCOO，其离子方程式为；其他条件不变，

5、HCO转化为HCOO的转化率随温度的变化如图1所示。反应温度在4080范围内，HCO催化加氢的转化率迅速上升，其主要原因是。（2）HCOOH燃料电池。研究HCOOH燃料电池性能的装置如图2所示，两电极区间用允许K、H通过的半透膜隔开。电池负极电极反应式为；放电过程中需补充的物质A为（填化学式）。图2所示的HCOOH燃料电池放电的本质是通过HCOOH与O2的反应，将化学能转化为电能，其反应的离子方程式为。（3）HCOOH催化释氢。在催化剂作用下，HCOOH分解生成CO2和H2可能的反应机理如图3所示。HCOOD催化释氢反应除生成CO2外，还生成（填化学式）。研究发现：其他条件不变时，以HCOOK

6、溶液代替HCOOH催化释氢的效果更佳，其具体优点是。42020浙江1月，29研究NOx之间的转化具有重要意义。（1）已知：N2O4（g）2NO2（g）H0将一定量N2O4气体充入恒容的密闭容器中，控制反应温度为T1。下列可以作为反应达到平衡的判据是。A气体的压强不变Bv正（N2O4）2v逆（NO2）CK不变D容器内气体的密度不变E容器内颜色不变t1时刻反应达到平衡，混合气体平衡总压强为p，N2O4气体的平衡转化率为75%，则反应N2O4（g）2NO2（g）的平衡常数Kp对于气相反应，用某组分B的平衡压强p（B）代替物质的量浓度c（B）也可表示平衡常数，记作Kp，如p（B）px（B），p为平衡总

7、压强，x（B）为平衡系统中B的物质的量分数。反应温度为T1时，c（N2O4）随t（时间）变化曲线如图1，画出0t2时段，c（NO2）随t变化的曲线。保持其他条件不变，改变反应温度为T2（T2T1），再次画出0t2时段，c（NO2）随t变化趋势的曲线。图1（2）NO氧化反应：2NO（g）O2（g）2NO2（g）分两步进行，其反应过程能量变化示意图如图2。.2NO（g）N2O2（g）H1.N2O2（g）O2（g）=2NO2（g）H2图2决定NO氧化反应速率的步骤是（填“”或“”）。在恒容的密闭容器中充入一定量的NO和O2气体，保持其他条件不变，控制反应温度分别为T3和T4（T4T3），测得c（NO

8、）随t（时间）的变化曲线如图3。图3转化相同量的NO，在温度（填“T3”或“T4”）下消耗的时间较长，试结合反应过程能量图（图2）分析其原因。化学原理综合应用题（B组）1研究CO2氧化C2H6制C2H4对资源综合利用有重要意义。相关的主要化学反应有：C2H6（g）C2H4（g）H2（g）H1136kJmol1C2H6（g）CO2（g）C2H4（g）H2O（g）CO（g）H2177kJmol1C2H6（g）2CO2（g）4CO（g）3H2（g）H3CO2（g）H2（g）CO（g）H2O（g）H441kJmol1图1已知：298K时，相关物质的相对能量（如图1）。可根据相关物质的相对能量计算反应或

9、变化的H（H随温度变化可忽略）。例如：H2O（g）=H2O（l）H286kJmol1（242kJmol1）44kJmol1。请回答：（1）根据相关物质的相对能量计算H3kJmol1。下列描述正确的是。A升高温度反应的平衡常数增大B加压有利于反应、的平衡正向移动C反应有助于乙烷脱氢，有利于乙烯生成D恒温恒压下通水蒸气，反应的平衡逆向移动有研究表明，在催化剂存在下，反应分两步进行，过程如下：【C2H6（g）CO2（g）】【C2H4（g）H2（g）CO2（g）】【C2H4（g）CO（g）H2O（g）】，且第二步速率较慢（反应活化能为210kJmol1）。根据相关物质的相对能量，画出反应分两步进行的“

10、能量反应过程图”，起点从【C2H6（g）CO2（g）】的能量477kJmol1开始（如图2）。图2（2）CO2和C2H6按物质的量11投料，在923K和保持总压恒定的条件下，研究催化剂X对“CO2氧化C2H6制C2H4”的影响，所得实验数据如表：催化剂转化率C2H6/%转化率CO2/%产率C2H4/%催化剂X19.037.63.3结合具体反应分析，在催化剂X作用下，CO2氧化C2H6的主要产物是，判断依据是_。采用选择性膜技术（可选择性地让某气体通过而离开体系）可提高C2H4的选择性（生成C2H4的物质的量与消耗C2H6的物质的量之比）。在773K，乙烷平衡转化率为9.1%，保持温度和其他实验

11、条件不变，采用选择性膜技术，乙烷转化率可提高到11.0%。结合具体反应说明乙烷转化率增大的原因是_。2水是“生命之基质”，是“永远值得探究的物质”。（1）关于反应H2（g）O2（g）=H2O（l），下列说法不正确的是。A.焓变H0，熵变Sp2p3，分析图像可知，应选择的反应条件为低温、高压，A项正确。答案：（1）40.9（2）（3）乙p1、p2、p3T1时以反应为主，反应前后气体分子数相等，压强改变对平衡没有影响（4）A3解析：本题考查离子方程式的书写、影响化学反应速率的因素、原电池的工作原理等知识，考查的化学学科核心素养是宏观辨识与微观探析、变化观念与平衡思想。（1）HCO和H2在催化剂的作

12、用下反应生成HCOO，根据原子守恒和电荷守恒，可知生成物中还有水，据此可写出有关反应的离子方程式。适当升高温度时，催化剂的活性增强，HCO催化加氢的反应速率增大，相同反应时间内，HCO催化加氢的转化率迅速上升。（2）负极发生氧化反应，碱性条件下，HCOO（其中的碳元素为2价）被氧化生成HCO（其中的碳元素为4价），则负极的电极反应式为HCOO2OH2e=HCOH2O。正极反应中，Fe3被还原为Fe2，Fe2再被O2在酸性条件下氧化为Fe3，Fe3相当于催化剂，因为最终有K2SO4生成，O2氧化Fe2的过程中要消耗H，故需要补充的物质A为H2SO4。结合上述分析可知，HCOOH与O2反应的离子方

13、程式为2HCOOH2OHO2=2HCO2H2O或2HCOOO2=2HCO。（3）根据原子守恒并结合题图3，可知HCOOD催化释氢反应除生成CO2外，还生成HD。从题图3可以看出，HCOOH催化释氢的第一步是转化为HCOO，故以HCOOK溶液代替HCOOH催化释氢，可以提高释放氢气的速率，又HCOOK催化释氢时，氢元素的来源单一，提高释放出氢气的纯度。答案：（1）HCOH2HCOOH2O温度升高反应速率增大，温度升高催化剂的活性增强（2）HCOO2OH2e=HCOH2OH2SO42HCOOH2OHO2=2HCO2H2O或2HCOOO2=2HCO（3）HD提高释放氢气的速率，提高释放出氢气的纯度4

14、解析：（1）恒容密闭容器中发生反应N2O4（g）2NO2（g），是气体分子数增大的反应，当压强不变时，说明已经达到平衡状态，A正确；当v正（N2O4）2v逆（NO2）时，正反应速率与逆反应速率不相等，未达到平衡状态，B错误；温度保持不变时，K始终保持不变，不能作为反应达到平衡的判据，C错误；因为是在恒容密闭容器内发生的反应，反应前后气体质量不变，密度也保持不变，故不能依此判定是否达到平衡，D错误；二氧化氮为红棕色，四氧化二氮为无色，可以依据颜色不变判定反应达平衡状态，E正确。设反应容器中加入1molN2O4（g），列三段式：N2O4（g）2NO2（g）始：1mol0mol变：0.75mol1.

15、5mol平：0.25mol1.5mol故平衡时，p（N2O4）pp，p（NO2）p，该反应的化学平衡常数Kpp。根据题图1，达到平衡状态时，N2O4（g）的物质的量浓度为0.01molL1，则NO2的物质的量浓度为0.06molL1，又知该反应为吸热反应，T2T1，改变反应温度为T2时，反应速率加快，平衡正向移动，再次达平衡时，c（NO2）大于0.06molL1据此画出图像。（2）由题图2知，反应的活化能比反应的大，反应是慢反应，因此反应决定NO氧化反应速率。由题图3可以看出，T4时反应速率较慢，转化相同量的NO消耗时间较长。由题图2可以看出，反应和反应均为放热反应，温度升高，反应平衡逆移，N

16、2O2（g）的物质的量浓度减小；N2O2（g）的物质的量浓度降低对反应速率的影响大于温度升高对反应速率的影响。答案：（1）AE（2）T4H10，温度升高，反应平衡逆移，c（N2O2）减小；浓度降低的影响大于温度对反应速率的影响化学原理综合应用题（B组）1解析：本题考查化学反应原理相关知识，涉及反应历程分析，反应热计算，平衡移动等知识。（1）由题给信息可知，H304（110kJmol1）2（393kJmol1）（84kJmol1）430kJmol1。反应的焓变大于0，则正反应为吸热反应，升高温度，平衡向正反应方向移动，平衡常数增大，A项正确；反应、均为气体分子数增多的反应，因此加压，平衡向逆反应

17、方向移动，B项错误；反应的生成物中有CO，而由反应可知，生成乙烯的同时还有CO生成，故反应抑制了反应的进行，即抑制了乙烯的生成，C项错误；水蒸气是反应的生成物，因此通水蒸气时，反应的平衡逆向移动，D项正确。由反应可知，C2H6（g）C2H4（g）H2（g）H1136kJmol1，而题图2中反应起点对应物质的能量为477kJmol1，故反应的第一步反应生成物的能量为477kJmol1136kJmol1341kJmol1，由第二步反应的活化能为210kJmol1，结合反应的焓变可知第二步生成物的能量为300kJmol1，据此作图。（2）由反应、反应和反应可知，乙烷的氧化产物有乙烯和CO，结合题表数

18、据可知，CO2的转化率较高，但因乙烯的产率较低，故乙烷的主要氧化产物是CO。催化剂X有利于提高反应速率。选择性膜可吸附乙烯，使反应体系中的乙烯浓度降低，从而促使反应的平衡向正反应方向移动。答案：（1）430AD（2）COC2H4的产率低，说明催化剂X有利于提高反应速率选择性膜吸附C2H4，促进反应平衡正向移动2解析：（1）氢气在氧气中燃烧生成液态水的反应是一个放热且熵减的反应，A项正确；该反应是一个自发的氧化还原反应，可以将该反应设计成原电池，将化学能转化为电能，B项正确；是否能观察到有水生成除了与反应能否自发进行有关外，还与反应的速率有关，观察不到有水生成，不能说明该条件下反应不能自发进行，

19、C项错误；使用合适的催化剂，有可能使氢气和氧气在常温常压下快速反应，D项正确，故选C。（2）一个水分子可以形成4个氢键。当液体的饱和蒸气压与外界大气压相等时，液体沸腾，此时的温度称为该液体的沸点。由于常温常压下，水的沸点为100，故100时，水的饱和蒸气压为1.01105Pa，故20时，压强为p1，100时，压强为1.01105Pa，据此作图。（3）水的电离为吸热过程，温度升高，水的电离程度增大，导致水的离子积常数增大。水的离子积常数从1.01014增大到1.01010，水电离产生的c（H）从107molL1增大到105molL1，水的电离度是原来的100倍。根据图3可知，乙醇的超临界水氧化过

20、程中，CO含量先增大再减小，CO2含量一直增大，C2H5OH含量一直减小，可见CO是中间产物，CO2是最终产物，A项正确；由图4可知，在550时，反应15s之后，CO含量接近于零，说明乙醇氧化为二氧化碳已趋于完全，B项正确；乙醇的超临界水氧化过程中，乙醇的消耗速率和二氧化碳的生成速率的数值不相等，C项错误；由图4可知，温度升高时，只有单位时间内乙醇氧化生成CO的速率比CO氧化生成CO2的速率快，xCO峰值出现的时间才会提前，且峰值更高，由此说明乙醇的氧化速率比一氧化碳氧化速率的增长幅度更大，D项正确，故选ABD。（4）根据题意可知，阳极SO失电子被氧化为S2O，电极反应式为2SO2e=S2O，

21、生成的S2O又与H2O反应生成H2O2和SO，故总反应方程式为2H2OH2O2H2。答案：（1）C（2）（3）水的电离为吸热过程，升高温度有利于电离（压强对电离平衡影响不大）100ABD（4）2HSO2e=S2O2H或2SO2e=S2O2H2OH2O2H23解析：本题涉及的知识点有热重实验、电解原理的应用、化学平衡移动等，通过分析图像，做出合理解释，考查了学生分析和解决化学问题的能力，体现了变化观念与平衡思想的学科核心素养，以及创新思维和创新意识的价值观念。（1）根据图中质量变化可知，CaC2O4H2O分解产生的气态产物依次为H2O（g）、CO、CO2，固体分解过程为CaC2O4H2OCaC2

22、O4CaCO3CaO。CaO捕集CO2的性能与CaO与CO2气体的接触面积有关，CaC2O4H2O分解产生的气体更多，使生成的CaO更加疏松多孔，捕集性能更好。（2）CO2、HCOO中碳元素化合价分别为4、2价，阴极电极反应式为CO22eH=HCOO。阳极区生成O2：4OH4e=O22H2O（或2H2O4e=O24H），溶液pH减小，HCO与H反应生成CO2逸出，K部分通过阳离子交换膜移向阴极区，故阳极区KHCO3溶液浓度降低。（3）从反应特点看，反应是吸热反应、反应是放热反应，温度升高，CH3OCH3的选择性急剧下降，大于300时CO2平衡转化率上升，说明升高温度，反应中CO2的转化率上升幅

23、度超过反应中CO2的转化率降低幅度。反应是气体分子数减小的反应，可以增大压强使平衡向右移动；从影响反应速率的角度考虑，反应时间不变的条件下，可使用对反应催化活性更高的催化剂。答案：（1）CaC2O4CaCO3COCaC2O4H2O热分解放出更多的气体，制得的CaO更加疏松多孔（2）CO2H2e=HCOO或CO2HCO2e=HCOOCO阳极产生O2，pH减小，HCO浓度降低；K部分迁移至阴极区（3）反应的H0，反应的H0，温度升高使CO2转化为CO的平衡转化率上升，使CO2转化为CH3OCH3的平衡转化率下降，且上升幅度超过下降幅度增大压强、使用对反应催化活性更高的催化剂4解析：（1）若所得溶液

24、的pH13，溶液呈强碱性，则CO2主要转化为CO。若所得溶液c（HCO）c（CO）21，根据K2，则c（H）K2510112molL11010molL1，pHlg101010。（2）根据H反应物总键能生成物总键能，该反应的H（41347452）kJmol1（107524362）kJmol1120kJmol1。该反应为气体分子数增大的吸热反应，恒容时达到平衡相当于恒压条件下达到平衡后增大压强，加压平衡向逆反应方向移动，故恒容时反应达平衡后吸收的热量比恒压时反应达平衡后吸收的热量少。根据题图1知，900时，合成气产率已经较高，再升高温度产率增幅不大，但升高温度，能耗升高，经济效益降低。（3）该电池中Al作负极，电解质为含AlCl3的离子液体，故负极反应为Al3e=Al3。正极为多孔碳电极，根据正极反应式，得正极总反应为6CO26e=3C2O，O2不参与正极的总反应，故O2为催化剂。将负极反应：2Al6e=2Al3和正极反应：6CO26e=3C2O相加，可得该电池的总反应式为2Al6CO2=Al2（C2O4）3。答案：（1）CO10（2）120kJmol1B900时，合成气产率已经较高，再升高温度产率增幅不大，但能耗升高，经济效益降低（3）Al3e=Al3（或2Al6e=2Al3）催化剂2Al6CO2=Al2（C2O4）3