專題15原理綜合(主觀題)

1.(2023?全國(guó)?模擬預(yù)測(cè))油氣開采、石油化工、煤化工等行業(yè)產(chǎn)生的廢氣普遍含有硫化氫，

需要回收處理并加以利用。回答下列問(wèn)題：

(1)已知下列反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：

①2H2s(g)fS2(g)+2H,(g)A^]=+180kJmor'

②CS2(g)+2H?(g)fCH4(g)+S2(g)A^2=-81kJ-mor'

則反應(yīng)③CH/g)+2H2s(g)fCS2(g)+4H?(g)的AIVkJ.mor1：下列敘述中

能說(shuō)明反應(yīng)③達(dá)到平衡狀態(tài)的是(填字母)。

A.斷裂2moic—H的同時(shí)生成lmolC=SB.恒容條件下，體系壓強(qiáng)不再變化

C.恒容條件下，氣體的密度不再變化D.vE(H2S)=2vffi(CS2)

⑵對(duì)于上述反應(yīng)①，在不同溫度、壓強(qiáng)為lOOkPa、進(jìn)料H2s的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為0.1%?20%(其

余為Ar)的條件下，H2s的平衡轉(zhuǎn)化率如圖1所示。A、7；和4的大小關(guān)系為:

H2s的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)越大，H2S的平衡轉(zhuǎn)化率越小的原因是。

(

一

柳

，O

都E

.

題S

T§

t

g

S

Z

H

(3)上述反應(yīng)①和③的AG隨溫度的變化如圖2所示，已知AG=-RTlnK(R為常數(shù)，T為溫

度，K為平衡常數(shù))，則在1000K時(shí)，反應(yīng)的自發(fā)趨勢(shì)：①③(選填或

“=”)。在1000K、lOOkPa條件下，"(XS):"(CH.:"(Ar)=3:2:15的混合氣發(fā)生反應(yīng)，達(dá)

到平衡時(shí)”(CS2):〃(H2)Q1:4,〃(SJ接近于0,其原因是o

(4)在1000K、lOOkPa條件下，”(H2S):“(CH4)：”(AT)=3:3:2的混合氣發(fā)生反應(yīng)，上述反

應(yīng)③達(dá)到平衡時(shí)，CS2的分壓與H2s的分壓相同。則反應(yīng)③的J=。

【答案】(1)+261BD

Q)T—恒壓條件下，H2s的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)增大，H2s的分壓增大(相當(dāng)于加壓)，平

衡逆向移動(dòng)，H?S的平衡轉(zhuǎn)化率減小

(3)<在1000K時(shí)，反應(yīng)①的AG>0,反應(yīng)趨勢(shì)小，反應(yīng)③的AG<0,反應(yīng)趨勢(shì)大，反應(yīng)③

占主導(dǎo)地位

(4)1.28xl04kPa2

【解析】(1)由題給信息可知反應(yīng)③:反應(yīng)①-反應(yīng)②，則

1

A//3=+180kJ-mor'-(-81kJ-mo『)=+261kJ-moro

A.斷裂2moic—H和生成lmolC=S都表示正反應(yīng)方向，A項(xiàng)不符合題意；B.該反應(yīng)的

正反應(yīng)是氣體分子數(shù)增大的反應(yīng)，恒容條件下，體系壓強(qiáng)不再變化說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài),

B項(xiàng)符合題意；C.該反應(yīng)只有氣體參與，恒容條件下，氣體的密度始終不變，故氣體的密

度不再變化不能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài),C項(xiàng)不符合題意;D.v正(H2s)=2v逆儲(chǔ)$2)=曝(凡$),

說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，D項(xiàng)符合題意；故選BD。

(2)反應(yīng)①是吸熱反應(yīng)，溫度越高，H2s的平衡轉(zhuǎn)化率越大，故7；>4；恒壓條件下,

H2s的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)增大，H2s的分壓增大，平衡逆向移動(dòng)，HzS的平衡轉(zhuǎn)化率減小。答案

為T1>T2>T3；恒壓條件下，H2s的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)增大，H2s的分壓增大(相當(dāng)于加壓)，平

衡逆向移動(dòng)，H2S的平衡轉(zhuǎn)化率減??；

(3)在1000K時(shí)，反應(yīng)①的AG>0,不易自發(fā)進(jìn)行，反應(yīng)③的AG<0,容易自發(fā)進(jìn)行，

故反應(yīng)的自發(fā)趨勢(shì)：①〈③。由AG=-RTlnK可知，AG越大，反應(yīng)的平衡常數(shù)K越小，反

應(yīng)趨勢(shì)越小，在1000K時(shí)，反應(yīng)①的AG>0,反應(yīng)趨勢(shì)小，反應(yīng)③的AG<0,反應(yīng)趨勢(shì)大，

反應(yīng)③占主導(dǎo)為位。答案為<；在1000K時(shí)，反應(yīng)①的AG>0,反應(yīng)趨勢(shì)小，反應(yīng)③的

AGO,反應(yīng)趨勢(shì)大，反應(yīng)③占主導(dǎo)地位；

⑷設(shè)起始時(shí)"但2$)="當(dāng)應(yīng))=3mol、?(Ar)=2mol,CH4的變化量為x,列出三段式為

CH4(g)+2H2S(g)fCS2(g)+4H2(g)

起始量3mol3mol00

變化量x2xx4x

平衡量3mol-x3mol-2xx4x

平衡時(shí)H2s和CS2的分壓相同，則3moi-2x=xw,解得無(wú)=lmol。平衡時(shí)氣體的總物質(zhì)的量

為(2+l+l+4)mol+2moi=10mol,氣體的總壓為lOOkPa,故各氣體約分壓如下

p(CHj=20kPa,p(H2S)=10kPa,p(CSj=lOkPa,p(H2)=40kpao則反應(yīng)③的

K尸籍票瑞jgxM=答案為128x1()4kPa?。

2.(2023?全國(guó)?模擬預(yù)測(cè))乙烯的產(chǎn)量是衡量一個(gè)國(guó)家石油化工發(fā)展水平的標(biāo)志，乙烯作為

現(xiàn)代有機(jī)合成的重要原料，研究其合成方法受到科學(xué)家的青睞?；卮鹣铝袉?wèn)題：

(1)乙烷裂解法

298K時(shí)，乙烷的裂解反應(yīng)歷程如圖1,可能發(fā)生反應(yīng)的平衡常數(shù)的對(duì)數(shù)值(lgK)與溫度的倒

數(shù)(孑)的關(guān)系如圖2。

+185.2E/(kJ-mol-')

C2H向+比魴二，

+129.6?+80.8

反應(yīng)b：一，一,

+54.5-C2H?

\/o.o

反應(yīng)a'、」

一-1立1

反應(yīng)歷程

圖1

①圖1反應(yīng)的決速步驟是（填“反應(yīng)a”或“反應(yīng)b”），寫出乙烷裂解制乙烯的熱化

學(xué)方程式___________

②工業(yè)上一般選擇溫度在1000K左右，可能的原因是

（2）CC>2催化加氫法

1

反應(yīng)原理為2co2修)+6比他?C2H4(g)+4H2O(g)AH=-127.8kJ.mOro向2L的恒容

密閉容器中加入1molCO?和31noiH2,在催化劑作用下發(fā)生反應(yīng)，測(cè)得平衡時(shí)體系中各

氣體的物質(zhì)的量隨溫度的變化關(guān)系如圖3所示。

n/mol

圖3

①圖中曲線代表乙烯的物質(zhì)的量隨溫度的變化關(guān)系的是（填字母）。

②下列說(shuō)法正確的是（填標(biāo)號(hào)）。

A.使用催化劑，可降低反應(yīng)的活化能，加快反應(yīng)速率，提高平衡產(chǎn)率

B.其他條件不變時(shí)，若擴(kuò)大容器容積，則平衡逆向移動(dòng)，v正減小，v逆增大

C.若容器內(nèi)混合氣體的密度不再隨時(shí)間改變時(shí)，說(shuō)明反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)

D.保持溫度不變，再通入3moiH2,達(dá)到平衡時(shí)的CO2轉(zhuǎn)化率增大，平衡常數(shù)K保持不

變

③工℃時(shí)，化學(xué)平衡常數(shù)K=,比的平衡轉(zhuǎn)化率為%。

（3）柴油裂解法

實(shí)驗(yàn)測(cè)得柴油裂解得到乙烯和丙烯的收率與溫度、柴油在裂解設(shè)備內(nèi)的停留時(shí)間的關(guān)系如圖

4所示。工業(yè)上應(yīng)選擇的溫度和停留時(shí)間分別為K和so

圖4

1

【答案】⑴①反應(yīng)aC2H6(g)=C2H4(g)+H2(g)AH=+129.6kJ-mor②溫度太低，乙烷

裂解制乙烯反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K太小，反應(yīng)速率太慢；反應(yīng)溫度太高，副反應(yīng)增多，容

易產(chǎn)生積碳

⑵①q②D③上33.3

10o

(3)11200.4

【解析】(1)①活化能越大，反應(yīng)速率越小，故該反應(yīng)的決速步驟是反應(yīng)a；

由圖可知，乙烷裂解制乙烯的反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，故該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為

1

c2H6(g)=C2H4(g)+H2(g)AH=+129.6kJ-mor；

②工業(yè)上一般選擇溫度在1000K左右，因?yàn)闇囟忍停彝榱呀庵埔蚁┓磻?yīng)的化學(xué)平衡常

數(shù)K太小，反應(yīng)速率太慢；反應(yīng)溫度太高，副反應(yīng)增多，容易產(chǎn)生積碳；

(2)①題給反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡逆向移動(dòng)，則隨溫度升高，物質(zhì)的量增大的

曲線m、n代表反應(yīng)物隨溫度的變化關(guān)系，隨溫度升高，物質(zhì)的量減小的曲線p、q代表生

成物隨溫度的變化關(guān)系，結(jié)合化學(xué)計(jì)量數(shù)關(guān)系可知，m代表H2的物質(zhì)的量隨溫度的變化，n

代表CO?的物質(zhì)的量隨溫度的變化，p代表H2O的物質(zhì)的量隨溫度的變化，q代表C2H4的

物質(zhì)的量隨溫度的變化；

②A.使用催化劑，可降低反應(yīng)的活化能，加快反應(yīng)速率，但不能提高平衡產(chǎn)率，選項(xiàng)A錯(cuò)

誤；B.擴(kuò)大容器容積相當(dāng)于減小壓強(qiáng)，則由和v逆均減小，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；C.容器體積不變，

氣體總質(zhì)量不變，混合氣體的密度一直不變，無(wú)法判斷反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)，選項(xiàng)C錯(cuò)誤;

D.再通入3moiH2,平衡正向移動(dòng)，達(dá)到平衡時(shí)的CO2轉(zhuǎn)化率增大，但平衡常數(shù)K只與

溫度有關(guān)，故K保持不變，選項(xiàng)D正確；答案選D；

③設(shè)4℃反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)生成xmolC2H4,根據(jù)反應(yīng)方程式，列三段式：

2CO2(g)+6H2(g)fC2H4(g)+4H2O(g)

起始(mol)1300

變化(mol)2x6xX4x

平衡(mol)l-2x3-6xX4x

1

由圖可知1-2x=4x,解得x=，，平衡時(shí)c（CO2）=c（HQ）=1mol-LT,c（H2）=Imol-L,

63

4

mxj_

c(C2HJ=lmoLLT,則長(zhǎng)=具上=焉；平衡時(shí)，氫氣的轉(zhuǎn)化率為]xl00%=33.3%；

12(W6

(3)由圖像可知，停留時(shí)間在0.4s時(shí)乙烯的收率最高，在1120K附近，乙烯的收率比較

高，且此溫度下丙烯的收率比較低。

3.(2023?湖南婁底?校聯(lián)考三模)CO2資源化是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要途徑。

方法1:化學(xué)還原CO2制備CH3CH2OH?

已知：①2H2(g)+C)2(g)=2H2O(g)AH]=-484.0kJmorl

②C2H50H(g)完全燃燒的能量變化如圖所示。

⑴根據(jù)上述數(shù)據(jù)，(填“能”或“不能”)計(jì)算C2H50H(g)的燃燒熱。

1

(2)2CO2(g)+6H2(g)^C2H5OH(g)+3H2O(g)AH=kJmol

(3)在恒溫恒容條件下，發(fā)生反應(yīng)2CO2(g)+6H2(g)^C2H5OH(g)+3H2O(g),下列情況表明反應(yīng)

達(dá)到平衡狀態(tài)的是(填標(biāo)號(hào))。

A.混合氣體密度保持不變B.氣體總壓強(qiáng)保持不變

C.氣體平均摩爾質(zhì)量保持不變D.產(chǎn)物濃度之比保持不變

(4)在容積相同、起始溫度相同的甲、乙兩個(gè)容器中都充入lmolCO2(g)、3molH2(g),發(fā)生反

應(yīng)2cC)2(g)+6H2(g)UC2H50H(g)+3H2O(g),在不同條件下達(dá)到平衡，如下表所示：

容器甲乙

條件恒溫、恒容絕熱、恒容

平衡常數(shù)KK中K乙

達(dá)到平衡時(shí)所用時(shí)間/mint甲t乙

貝UK甲______(填“>”、“<”或“="，下同)K乙；t甲____

(5)在一定溫度下，向容積為1L的恒容密閉容器中，充入ImolCCMg)、xmolH2(g),發(fā)生反

應(yīng)2CO2(g)+6H2(g)^C2H5OH(g)+3H2O(g),測(cè)得平衡體系中，C2H50H(g)的體積分?jǐn)?shù)cp與x

的關(guān)系如圖所示。

在m、n、p點(diǎn)中，CO2的轉(zhuǎn)化率最大的是(填字母)點(diǎn)。在該溫度下，平衡常數(shù)K為

(6)用電解法可將CO2轉(zhuǎn)化為多種原料，原理如圖。若銅電極上只產(chǎn)生C2H4和CO氣體，寫

出產(chǎn)生C2H4的電極反應(yīng)式；電解后溶液pH(填“變大’、"變小”或“不變”)(忽

略溶液體積的變化)。

【答案】⑴不能

(2)-174.9

(3)BC

(4)>>

(5)P48

+

(6)2CO2+12H+12e-=C2H4+4H2O不變

【解析】(1)C2H50H(g)的燃燒熱是指imolC2H50H完全燃燒生成二氧化碳?xì)怏w和液態(tài)水,

而過(guò)程①和②中均為氣態(tài)水，缺少液態(tài)水與氣態(tài)水轉(zhuǎn)化過(guò)程中的婚變，因此不能確定乙醇的

燃燒熱，故答案為：不能；

(2)反應(yīng)熱等于正反應(yīng)活化能與逆反應(yīng)活化能之差，反應(yīng)②的

-1

AH=(638.5-1915.6)?-1277.IkJ-molo已知：?2H2(g)+02(g)=2H2O(g)

1

AH,=-484.0kJ-mor；②C2H5OH(g)+3O2(g)=2CO2(g)+3H2O(g)

1

AH2=-1277.IkJ-moro根據(jù)蓋斯定律，①-②得:

2CO2(g)+6H2(g)=C2H50H(g)+3H2O(g)

AH=-484.0kJ-mor1x3+1277.IkJ-mol-1=-174.9kJ-mor1,故答案為：-174.9；

(3)A.恒容條件下，氣體總質(zhì)量守恒，故密度始終不變，不能作為判斷平衡的依據(jù)，A

項(xiàng)不符合題意；B.恒溫恒容條件下，氣體總壓強(qiáng)與氣體物質(zhì)的量成正比，氣體分子數(shù)由多

到少，氣體總壓強(qiáng)不變時(shí)達(dá)到平衡狀態(tài)，B項(xiàng)符合題意；C.氣體物質(zhì)的量不變時(shí)，氣體平

均摩爾質(zhì)量不變，達(dá)到平衡，C項(xiàng)符合題意；D.產(chǎn)物濃度之比始終是常數(shù)，D項(xiàng)不符合題

意；故答案為：BC；

(4)題給反應(yīng)是放熱反應(yīng)，絕熱容器中溫度升高，相對(duì)甲容器，乙容器中平衡向逆反應(yīng)方

向移動(dòng)，故平衡常數(shù)減?。簧邷囟?，反應(yīng)速率加快，達(dá)到平衡所用時(shí)間較短。故答案為:

>;>;

(5)一定溫度下，向恒容密閉容器中充入CO?、H2,隨著H?、CO2的投料比增大，平衡

向正反應(yīng)方向移動(dòng)，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率增大，故p點(diǎn)轉(zhuǎn)化率在m、n、p三點(diǎn)中最大。根據(jù)

體積分?jǐn)?shù)計(jì)算平衡常數(shù)：

2CO?(g)+6H2(g)litC2H50H(g)+3H2O(g)

起始濃度(moll」)1300X

=15%,

轉(zhuǎn)化濃度(mol〕」)2x6xX3x4-4x

平衡濃度(mol-L」)l-2x3-6xX3x

1

x=0.375,所以，平衡體系中c(CC>2)=0.25moLLT,c(H2)=OJSmol-L-,

11

c(CH,CHoOH)=0.375molL_,c(HoO)=1.125mol-L-,貝(JK="色段型=48。故答案

0.252X0.756

為：p；48；

(6)根據(jù)裝置圖，Cu電極為陰極，根據(jù)電解原理，生成乙烯的電極反應(yīng)式為

+

2CO2+12H+12e=C2H4+4H2O；Pt電極反應(yīng)式為H2O-4e=C>2T+4H+,根據(jù)得失電子數(shù)目守恒,

電解后溶液中c(H+)不變，即pH不變；故答案為2co2+12H++12e=C2H4+4氏0；不變。

4.(2023?天津?模擬預(yù)測(cè))乙酸乙酯在工業(yè)上有著廣泛的用途。科學(xué)家以乙烯、乙酸為原料，

雜多酸作催化劑制備乙酸乙酯，反應(yīng)原理為

CH2=CH2(g)+CH3COOH(g)fCH3coOC2H5⑴1回答下列問(wèn)題：

(1)在熱力學(xué)標(biāo)態(tài)下由指定單質(zhì)(大多是穩(wěn)定單質(zhì))生成1mol物質(zhì)的反應(yīng)焰變，稱為該物質(zhì)的

標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成婚(ARt)。。相關(guān)物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成婚數(shù)據(jù)如表所示。

物質(zhì)CH2=CH2(g)CH3coOH(g)CH3coOC2H5(1)

AfH?/(kJ-mol->)+52.3-436.4-463.2

以乙烯(g)、乙酸(g)為原料制備乙酸乙酯(1)的反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為。

(2)一定條件下，在一個(gè)密閉容器中，通入各1mol的乙烯和乙酸氣體，發(fā)生上述反應(yīng)。

①若保持溫度和壓強(qiáng)不變，下列描述能說(shuō)明反應(yīng)已達(dá)化學(xué)平衡的是（填字母）。

A.單位時(shí)間內(nèi)，消耗乙烯和生成乙酸的物質(zhì)的量相同

B.容器內(nèi)混合氣體的密度不再變化

1

c不再變化

D.體系中乙烯和乙酸的轉(zhuǎn)化率相等

②若想提高乙酸乙酯的產(chǎn)率，可以采取的措施有（寫兩種）。

③分別在壓強(qiáng)小、P2下，相同時(shí)間內(nèi)測(cè)得乙酸乙酯的產(chǎn)率隨溫度的變化如圖。

CH3coOC2H$⑴的產(chǎn)率/%

5560657075808590T/C

PiP2（填“〉”或“<”），理由是oA點(diǎn)后乙酸乙酯產(chǎn)率隨溫度升高反而

下降的原因可能是。A點(diǎn)該反應(yīng)的壓強(qiáng)平衡常數(shù)Kp=（用含d的代

數(shù)式表示）。

（3）科學(xué)家設(shè)想通過(guò)電化學(xué)方法實(shí)現(xiàn)乙烯的轉(zhuǎn)化，其原理如圖所示（均為惰性電極）。圖中b極

為極，M極上的電極反應(yīng)式為。

1

【答案】（l）CH2=CH2（g）+CH3COOH（g）fCH3COOC2H5（1）AH=-79.1kJmol

（2）①A②加壓、降溫等③,其他條件相同時(shí)，有氣體參加的反應(yīng)，壓強(qiáng)越大，化學(xué)反

應(yīng)速率越快，產(chǎn)率越大該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，A點(diǎn)后反應(yīng)達(dá)到平衡，升高溫度，相當(dāng)于平衡

4

逆向移動(dòng)

P：

-+

（3）負(fù)2cH2=CH2+2H2O-4e=CH3coOC2H$+4H

【解析】（1）標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焰是由指定單質(zhì)生成1mol該物質(zhì)的反應(yīng)焰變，所以一個(gè)反應(yīng)的

焰變=生成物的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焰-反應(yīng)物的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焰；

CH2=CH2(g)+CH3COOH(g)fCH3coOC2H5(1)

AH=-463.2kJ-moK1-(+52.3kJ.mol)(-436.4kJ-mol_1)=-79.1kJ?mo「；

(2)①A、單位時(shí)間內(nèi)，消耗乙烯和生成乙酸的物質(zhì)的量相同，說(shuō)明正、逆反應(yīng)速率相等,

反應(yīng)一定達(dá)到平衡狀態(tài)，故選A；B、容器內(nèi)兩種氣體的物質(zhì)的量之比一直為1：1,溫度和

壓強(qiáng)不變，混合氣體的密度是恒量，混合氣體的密度不變，反應(yīng)不一定平衡，故不選B；

1

C、溫度和壓強(qiáng)不變，乙烯和乙酸的物質(zhì)的量一直相等，K=不可化學(xué)平衡常數(shù)只與

11

溫度有關(guān)，溫度不變，化學(xué)平衡常數(shù)不變，則c（cH）是恒量，c（CH）不變'反應(yīng)不一定

平衡，故不選C；D、乙烯和乙酸的起始量均為1mol,消耗量一直相等，故體系中乙烯和

乙酸的轉(zhuǎn)化率一直相等，體系中乙烯和乙酸的轉(zhuǎn)化率相等，反應(yīng)不一定平衡，故不選D。

選A；

②該反應(yīng)為氣體分子數(shù)減少的放熱反應(yīng)，故提高產(chǎn)率的方法有加壓、降溫等。

③其他條件相同時(shí)，有氣體參加的反應(yīng)，壓強(qiáng)越大，化學(xué)反應(yīng)速率越快，由圖可知，相同溫

度下，相同時(shí)間內(nèi)，壓強(qiáng)為0時(shí)乙酸乙酯的產(chǎn)率較大，則壓強(qiáng)PI>P2。由圖可知，在壓強(qiáng)

為0時(shí)，A點(diǎn)乙酸乙酯的產(chǎn)率最大，說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡，則A點(diǎn)之后曲線上的點(diǎn)都是平衡

點(diǎn)，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，則溫度超過(guò)80久時(shí)，溫度升高，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，乙酸乙

酯的產(chǎn)率下降。體系內(nèi)只有乙烯和乙酸兩種氣體，且物質(zhì)的量相等，則二者的分壓均為

1K=------=——

”則與心

（3）M極上發(fā)生的反應(yīng)是乙烯生成乙酸乙酯，碳元素化合價(jià)由-2升高為-1發(fā)生氧化反應(yīng),

則M是陽(yáng)極，a為正極、b為負(fù)極；根據(jù)得失電子守恒、電荷守恒、原子守恒，可知M電

+

極反應(yīng)式為2cH2=CH2+2H2。-4e一CH3coOC2H5+4Ho

5.（2023?湖南郴州?統(tǒng)考三模）將煤炭轉(zhuǎn)化為烯煌（乙烯、丙烯等）既可以減少CO2的排放，

又可以制備重要的化工原料。該過(guò)程先轉(zhuǎn)化為二甲醛CH30cH3,再轉(zhuǎn)化為烯燃。

（1）制備二甲醛的主要反應(yīng)：

1

反應(yīng)I：C（s）+H2O（g）fCO（g）+H2（g）=+131.3kJ.moF

1

反應(yīng)H：CO（g）+2H2（g）fCH3OH（g）AH2=-547.4kJ.mor

1

反應(yīng)HI：2CH3OH（g）fCH3OCH3（g）+H20（g）A^73=+85.2kJ-mor

①“反應(yīng)I”能自發(fā)進(jìn)行的條件是（填“高溫”“低溫”或“任意溫度”）。

o（CH,OCHj

②某反應(yīng)X的平衡常數(shù)表達(dá)式為0=>：金則反應(yīng)x的熱化學(xué)方程式為

77（C0）-/H2）--------

(2)二甲醛制備烯燃的主要反應(yīng)：

1

反應(yīng)W：2cH30cH3(g)fC2H4(g)+2CH3OH(g)AH4=+196.3kJmor

1

反應(yīng)V：C2H4(g)+CH30cH3(g)fC3H6(g)+CH30H(g)A^5=-48.IkJ.mol

①該反應(yīng)過(guò)程常用的催化劑有兩種，ZSM-5以及SAPO-34,它們都是多孔籠狀結(jié)構(gòu)，ZSM-5

籠狀孔徑約為0.55nm,SAPO-34約為0.4nm。相同條件下，催化劑SAPO-34反應(yīng)(如圖1)獲

得的產(chǎn)物中，〃(C2H4)："(C3H6)更大的原因是o

SAPO-34分子篩

CH30H

同CH=CHCH,

圖］23

②一定溫度下,在體積為1L的密閉容器中投入2molCH30cH3發(fā)生“反應(yīng)W”和“反應(yīng)V”,

初始總壓為Po,反應(yīng)到達(dá)平衡時(shí)總壓為1.2p。，且〃(C2H4)："(C3H6)=1：1。則平衡時(shí)體系

CH3OCH3轉(zhuǎn)化率a(CH30cH3)=?！胺磻?yīng)V”的平衡常數(shù)Kp=

(3)用下圖裝置電解二氧化碳可制取甲醇，控制在一定溫度左右，持續(xù)通入二氧化碳，電解

過(guò)程中HCO3一物質(zhì)的量基本不變。a是電源的極，陰極電極反應(yīng)式為

陰離子多晶銅

鉗電極交換膜持續(xù)通

入CO?

\/

pH=8的KHCC>3溶液

1

【答案】⑴①高溫②C(s)+CO(g)+3H2(g)fCH3OCH3(g)△/f=-878.3kJ-mol

(2)①SAPO-34孔徑較小，體積較小的乙烯更易在其表面吸附、脫吸附②50%1

(3)正7co2+6e-+5H2。=飆011+6118；

【解析】(1)反應(yīng)I：C(s)+H2O(g)fCO(g)+H2(g)AH1=+131.3k「moL

反應(yīng)H：CO(g)+2H2(g)fCH30H(g)A//2=-547.4k「moL

1

反應(yīng)HI：2CH3OH(g)fCH3OCH3(g)+H2O(g)AZ73=+85.2kJ-mor

①“反應(yīng)I”中，AS>0,&H>0,則能自發(fā)進(jìn)行的條件是高溫。

p(CH30cH3)

②某反應(yīng)X的平衡常數(shù)表達(dá)式為0則反應(yīng)X為

030>/(凡)'

C(s)+CO(g)+3H2(g)fCH30cH3(g),利用蓋斯定律，將反應(yīng)I+Hx2+IH,得熱化學(xué)方

程式為C(s)+CO(g)+3H2(g)fCH30cH3(g)△”=(+131.3kJ-moH)+(-547.4kJ-moH)x2+

(+85.2kJ-moH)=-878.3kJ-molL答案為：高溫；C(s)+C0(g)+3H,(g)fCH3OCH3(g)

△/7=-878.3kJ-mol-1；

(2)①在CH30H的轉(zhuǎn)化反應(yīng)中，生成物C2H4、C3H6由分子篩的孔隙流出，體積小的分子

更容易從分子篩的孔隙中流出，則相同條件下，催化劑SAPO-34反應(yīng)獲得的產(chǎn)物中，

"(C2H4)："(C3H6)更大的原因是：SAPO-34孔徑較小，體積較小的乙烯更易在其表面吸附、脫

吸附。

②一定溫度下，在體積為1L的密閉容器中投入2moicH30cH3發(fā)生“反應(yīng)IV”和“反應(yīng)V”，

初始總壓為p。，反應(yīng)到達(dá)平衡時(shí)總壓為1.2p。，且〃(C2H4)："(C3H6)=1：1。設(shè)反應(yīng)IV中生成C2H4

的物質(zhì)的量為x,反應(yīng)V中生成C3H6的物質(zhì)的量為y,則可建立如下兩個(gè)三段式：

Sit2CHOH(g)

2CH3OCH3(g)3+C2H4(g)

起始量(mol)2mol00

變化量(mol)2x2xX

平衡量(mol)2-2x-y2x+yx-y

C2H4(g)+CH3OCH3(g)fC3H6(g)+CH3OH(g)

起始量(mol)0200

變化量(mol)yyyy

平衡量(mol)x-y2—2.x—yy2x+y

，言=L2,

則(x-y)：y=l：l、從而求出x=0.4mol>y=0.2moL平衡時(shí)體系CH30cH3轉(zhuǎn)化率

2

空誓xl00%=50%?！胺磻?yīng)V”的平衡常數(shù)Kp="^=l。答案為：SAPO-34

a(CH30cH3)=

孔徑較小，體積較小的乙烯更易在其表面吸附、脫吸附；50%；1；

(3)CO2中C顯+4價(jià)，CH30H中C顯-2價(jià)，則CO?得電子，多晶銅為陰極，b是電源的

負(fù)極，a是電源的正極；在陰極，CO2得電子產(chǎn)物與電解質(zhì)反應(yīng)，生成CH30H等，電極反

應(yīng)式為7<302+6b+5凡0=(2113011+61103；。答案為：正；

7CO2+6e+5H2O=CH30H+6HC0；o

6.(2023?廣西柳州?統(tǒng)考三模)二氧化碳加氫合成甲醇是化學(xué)固碳的一種有效途徑，不僅可

以有效減少空氣中的CO2排放.還可以制備出甲醇清潔能源。在CO2轉(zhuǎn)化為甲醇過(guò)程中，伴

隨有副反應(yīng)發(fā)生，因此常使用催化劑調(diào)節(jié)控制反應(yīng)?？茖W(xué)研究者結(jié)合實(shí)驗(yàn)與計(jì)算機(jī)模擬，研

究了CO2與H2分別在Zn/Cu、ZnO/Cu催化劑表面生成CH30H和H2O的部分反應(yīng)歷程(如

圖1所示)，其中ts—n表示過(guò)渡態(tài)。

-----ZnCu

ZnOCu

回答下列問(wèn)題：

(1)①圖1表示的反應(yīng)中，若每生成Imol甲醇，反應(yīng)物與生成物總能量差為58kJ,則反應(yīng)的

熱化學(xué)方程式為，從反應(yīng)原理分析，下列更利于該反應(yīng)進(jìn)行的條件是(填標(biāo)號(hào))。

a.高壓、高溫b.高壓低溫c.低壓、高溫d.低壓低溫

1

②已知CO2和H2可發(fā)生副反應(yīng)：CO2(g)+H2(g)J葉CO(g)+H2O(g)AH=+41kJ-mol-部分相

關(guān)化學(xué)鍵的鍵能數(shù)據(jù)如表：

化學(xué)鍵H-Hc-oH-0C-HC=0

E/(kJ-mol-1)4363264644141061

由此計(jì)算E(C=O)=kbmor'o

(2)在圖1給出的反應(yīng)歷程中，若選擇Zn/Cu作為催化劑則正反應(yīng)最大的活化能發(fā)生在

(用“ts—n”具體數(shù)字表示)。圖示結(jié)果顯示，選擇ZnO/Cu作為催化劑更優(yōu)于Zn/Cu,

其主要原因是o

⑶圖2為使用Zn/Cu催化劑、分別在525K和550K條件下(其它條件相同)，CO2和也按投

料比1：9進(jìn)行反應(yīng)生成CH30H的過(guò)程中，CO2的轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間變化圖示。

①溫度略為升高(從525K—550K),C02的轉(zhuǎn)化率明顯增大的可能原因是。

②工業(yè)生產(chǎn)中，對(duì)于氣相的反應(yīng)體系，還可用反應(yīng)體系中各組分的分壓來(lái)表示化學(xué)平衡常數(shù)

(KJ。如反應(yīng):aA(g)+bB(g)壬葉dD(g)+eE(g)達(dá)到平衡時(shí),，組分分壓p(A)=P

n(A)

總x------。現(xiàn)保持550K、pkPa條件，CO,和H,按投料比(物質(zhì)的量)1：9進(jìn)行生成CH30H

%

反應(yīng)，達(dá)到平衡時(shí)，CO2的轉(zhuǎn)化率為a,則反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)Kp=(列出含a、P計(jì)

算式)。

1

【答案】⑴①CO2(g)+3H2(g)fCH3OH(g)+H2O(g)AH-SSkJ-molb②797

(2)ts-7催化活化能更低

[」一xpf

(3)①催化劑活性更高或選擇性更好②】“2a——

1-Cl"Da

[r-------xp][--------xp]

10-2a10-2a

【解析】(1)①圖1表示的反應(yīng)中，若每生成Imol甲醇，反應(yīng)物與生成物總能量差為

58kJ,反應(yīng)物能量大于生成物能量，反應(yīng)為放熱反應(yīng)，則反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為CC?2(g)+3H2(g)

1

fCH3OH(g)+H2O(g)AH-SSkJ-mol；反應(yīng)為氣體分子數(shù)減小的放熱反應(yīng)，高壓低溫利于

反應(yīng)的正向進(jìn)行，故選b；

②反應(yīng)的焰變等于反應(yīng)物的鍵能和減去生成物的鍵能和，則2E(C=O)+436kJ?mol1-1061

kJ?mol-1-2x464kJ?mol"=+41kJ?moH,E(C=O)=797kJ,mol-1；

(2)過(guò)渡態(tài)物質(zhì)的總能量與反應(yīng)物總能量的差值為活化能，即圖中峰值越大則活化能越大,

峰值越小則活化能越小，由圖可知，若選擇Zn/Cu作為催化劑則正反應(yīng)最大的活化能發(fā)生在

ts-7o活化能越小反應(yīng)越快，活化能越大反應(yīng)越慢，決定總反應(yīng)速率的是慢反應(yīng)，結(jié)合圖

像可知，選擇ZnO/Cu作為催化劑更優(yōu)于Zn/Cu,其主要原因是催化活化能更低；

(3)①催化劑需要合適活性催化溫度，溫度略為升高(從525K-550K),CO2的轉(zhuǎn)化率明顯

增大的可能原因是催化劑活性更高或選擇性更好。

②550K、pkPa條件，CO2和H?按投料比(物質(zhì)的量)1:9進(jìn)行生成CH30H反應(yīng)，達(dá)到平衡時(shí)，

CO2的轉(zhuǎn)化率為a,假設(shè)CO?和H2投料分別為Imol、9mol,則反應(yīng)二氧化碳amol,平衡時(shí)

CO2>H2>CH3OH、H2O的物質(zhì)的量分別為(l-a)mol、(l-3a)mokamokamok,總的物質(zhì)

[---xp]2

則反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)102a

的量為(10-2a)mol；Kp=la~9.3a——

[-------xp][--------xp]3

10-2a10-2a

7.(2023?安徽蚌埠?統(tǒng)考三模)能源的合理開發(fā)和利用，低碳減排是人類正在努力解決的大

問(wèn)題。2023年2月21日，中國(guó)氣候變化特使謝振華獲得首屆諾貝爾可持續(xù)發(fā)展特別貢獻(xiàn)獎(jiǎng),

以表彰他在全球生態(tài)保護(hù)中做出的貢獻(xiàn)

⑴在298K、lOOkPa時(shí)，已知：

1

C(s,石墨)+O2(g)=CO2(g)KH廣-393.5kJ-mol-

1

H2(g)O2(g)=H2O(l)AH2=-285.8kJ-mol

1

2c2H2(g)+5O2(g)=4C0,(g)+2H2O(1)NH3=-2599.0kJmol

在298K時(shí)由C(s,石墨)和Hz?反應(yīng)生成1molC2H2(g)的熱化學(xué)方程式為

(2)在固相催化劑作用下CO2加氫合成甲烷過(guò)程中發(fā)生以下兩個(gè)反應(yīng):

1

主反應(yīng)：CO2(g)+4H2(g)=CH4(g)+2H2O(g)A/f;=-156.9kJ-mol

1

副反應(yīng)：CO2(g)+H2(g)UCO(g)+H2O(g)NH2=+41.1kJmol

工業(yè)合成甲烷通?？刂茰囟葹?0(rc左右，其主要原因?yàn)?/p>

(3)向密閉容器中充入一定量的CH4(g)和NO(g),保持總壓為lOOkPa發(fā)生反應(yīng):

CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)AH<0o

n(NO)1n(NO)

當(dāng)氤訪印時(shí)'N。的平衡轉(zhuǎn)化率???；時(shí)N。平衡轉(zhuǎn)化率~而用的關(guān)系如圖

234〃(NO)

100

蟲也)

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0

11

①能表示此反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡的是

A.氣體總體積保持不變

B.混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量保持不變

n(NO)一

C.士一不再變化

n(NO)

②表示T2時(shí)N。平衡轉(zhuǎn)化率?樂(lè)的關(guān)系是(填“I”或“II”),

T112(填"/或“V”)o

n(NO)

③在麗T、T2時(shí),CH4的平衡分壓為一。已知：該反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)

P(CO2)rP(N2)irP(H2o)

p9[p9J[pe.

其中p**=100kPa,p(CH。、p(NO)、p(CO)>p(Nz)和

[p(NO)]p(CHJ2

p(H2。)為各組分的平衡分壓，則該溫度下K，=o(分壓=總壓X物質(zhì)的

量分?jǐn)?shù)。計(jì)算結(jié)果用分?jǐn)?shù)表示)。

【答案】⑴2c(s,石墨)+H2(g)=C2H2(g)A^=+226.7kJ-mol->

(2)溫度低于500°C,反應(yīng)速率低；溫度高于500°C,對(duì)副反應(yīng)影響較大，化學(xué)平衡向生

成CO的方向移動(dòng)程度增大，不利于甲烷的生成

(3)①C②n>③45kPa—

729

【解析】(1)設(shè)①C(s,石墨)+O2(g尸CO2?AHi=-393.5kJ-moL；

1

②H2(g)+yO2(g)=H2O(l)AH2=-285.8kJ-mok；

1

③2c2H2(g)+5C>2?=4co2?+2H2O(1)△H3=-2599kJmol-；

利用蓋斯定律將①x2+②-③x*可得：

2C(s,石墨)+H2(g尸C2H2(g)AH=(-393.5kJ/mol)x2+1x(-571.6kJ/mol)(-2599

kJ/mol)=+226.7kJ/mol；

(2)加氫合成甲烷時(shí)，溫度低于500久時(shí)，反應(yīng)速率低，溫度高于500℃,對(duì)于副反應(yīng)CC)2(g)

+H2(g)fCO(g)+H2O(g),正反應(yīng)吸熱，平衡向生成CO的方向移動(dòng)程度增大，都不利于甲

烷的生成，故答案為：溫度低于500%：,反應(yīng)速率低；溫度高于500°C,對(duì)副反應(yīng)影響

較大，化學(xué)平衡向生成CO的方向移動(dòng)程度增大，不利于甲烷的生成；

(3)①A.該反應(yīng)前后氣體計(jì)量系數(shù)不變，故氣體體積也始終不變，則氣體總體積保持不

變不能證明反應(yīng)達(dá)到平衡，A錯(cuò)誤；B.由選項(xiàng)A可知，該反應(yīng)前后氣體計(jì)量系數(shù)不變，且

所有的反應(yīng)物和產(chǎn)物都是氣體，則該反應(yīng)體系的密度始終不變，則混合氣體的平均相對(duì)分子

質(zhì)量保持不變，不能證明反應(yīng)達(dá)到平衡，B錯(cuò)誤；C.隨著反應(yīng)的進(jìn)行一氧化氮在減少，氮

n(NO)n(NO)

氣在增大，則徐-一直在變化，故大一不再變化可以證明反應(yīng)達(dá)到平衡，C正確；故

n(N2)n(N2)

選C；

n(NO)

②由反應(yīng)方程式CH4(g)+4NO(g)^2N2(g)+CC)2(g)+2H2O(g)可知，隨著7口；的增大，即增

大NO的投入量，平衡正向移動(dòng)，CH4的轉(zhuǎn)化率增大而NO的轉(zhuǎn)化率卻減小，由圖3所示信

n(NO)

息可知，曲線II表示T3K下NO平衡轉(zhuǎn)化率?*各的關(guān)系，由題干反應(yīng)方程式

CH4(g)+4NO(g)^2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)可知，升高溫度平衡逆向移動(dòng)，則NO的

n(NO)1

轉(zhuǎn)化率減小，由圖中曲線I表示三石々=1時(shí)NO平衡轉(zhuǎn)化率?;關(guān)系圖，從圖中所示信息

n(CH4)T

可知，T越大，則;越小，NO的轉(zhuǎn)化率越小，故「>12，故答案為：n；>；

由題干圖示信息可知，在甌yd區(qū)下，N。的轉(zhuǎn)化率為4。％,根據(jù)三段式分析可知,

((

CH4(