1、备战高考化学化学反应原理综合考查综合题汇编附答案一、化学反应原理综合考查1 氨催化氧化是硝酸工业的基础，氦气在Pt 催化剂作用下发生主反应和副反应：.4NH3(g)+5O 2(g)4NO(g)+6H2O(g)H1=-905 kJ/mol.4NH3(g)+3O 2(g)2N2(g)+6H 2O(g)H2（1）已知：NOO2N2物质中断裂 1mol 化学键需要的能量 /kJ629496942则H2=_。（2）以 Pt 为催化剂，在度的关系如下图：1L 密闭容器中充入1mol NH3 和2mol O 2，测得有关物质的量与温该催化剂在高温时对反应_更有利（填“”或“”）。 520时， NH3 的转化
2、率为 _。 520时，反应的平衡常数 K=_（数字计算式）。下列说法正确的是 _ （填标号）。A 工业上氨催化氧化生成NO时，最佳温度应控制在840左右B 增大 NH3 和 O2 的初始投料比可以提高NH3 生成 NO的平衡转化率C 投料比不变，增加反应物的浓度可以提高NH3 生成NO的平衡转化率D 使用催化剂时，可降低反应的活化能，加快其反应速率温度高于 840时， NO的物质的量减少的原因可能是_。（3）在有氧条件下，新型催化剂M能催化 NH3 与 NOx反应生成 N2。3222时，转移的电子数为_mol。NH与 NO生成 N 的反应中，当生成 1mol N将一定比例的O2、 NH3 和
3、NOx的混合气体，匀速通入装有催化剂的反应器中反应。反应相同时间NOx 的去除率随反应温度的变化曲线如下图所示，在50- 250范围内随着温度的升高， NOx 的去除率先迅速上升后上升缓慢的主要原因是_。【答案】 -1265kJ/mol160%0.220.96AD 催化剂失去活性、有其他副反应发0.441.453生、生成 NO的反应为放热反应温度升高生成NO的转化率降低24迅速上升段是催化剂7活性随温度升高增大与温度升高共同使NO去除反应速率迅速增大；上升缓慢段主要是温x度升高引起的 NO去除反应速率增大x【解析】【分析】（1）利用盖斯定律和 H=反应物总键能 -生成物总键能计算；（2） 由图
4、可知，该催化剂在高温时，生成的NO 物质的量远大于氮气的； 根据图示 A 点计算出两个反应消耗氨气的量，再计算转化率； 利用 A 点，计算出两个反应后剩余的氨气，氧气，生成的水和N2，再根据平衡常数公式计算； A. 工业上氨催化氧化生成NO 时，根据图示可知 840 生成 NO 最多，故 A 正确；B.增大 NH3 和 O2 的初始投料比可以降低NH3 转化率，提高氧气转化率，故B 错误；C.投料比不变，增加反应物的浓度可以看成增大压强，不利于向体积增大的方向进行，因此降低 NH3 生成 NO 的平衡转化率，故C 错误；D.使用催化剂时，可降低反应的活化能，加快其反应速率，故D 正确； 温度高
5、于840 时， NO 的物质的量减少的原因可能是催化剂失去活性、有其他副反应发生、生成NO 的反应为放热反应温度升高生成NO 的转化率降低；（ 3） 8NH 3+6NO2=7N2+12H2O 根据方程式判断； 在 50-250 范围内随着温度的升高，NOx 的去除率先迅速上升后上升缓慢的主要原因是迅速上升段是催化剂活性随温度升高增大与温度升高共同使NOx 去除反应速率迅速增大；上升缓慢段主要是温度升高引起的NOx 去除反应速率增大；【详解】（1）盖斯定律： - 得 2N2(g)+2O24NO(g) H= H1 - H2=-905- H2kJ/mol ；H=反应物总键能-生成物总键能=2 942
6、 kJ/mol +2 496 kJ/mol -4 629 kJ/mol；=360kJ/mol所以： H2=H1 - H=-905 kJ/mol -360 kJ/mol =-1265kJ/mol ；答案： -1265kJ/mol（2） 由图可知，该催化剂在高温时，生成的 NO 物质的量远大于氮气的，故该催化剂在高温下选择反应 I；答案： 520 时，4NH3（g） +5O24NO（ g） +6H2O（g）变化（ mol ）：0.20.250.20.34NH3（ g） +3O2（ g）2N2（ g）+6H2O（ g）变化（ mol ）： 0.40.30.20.60.20.4NH3 的转化率为 10
7、0%=60%1答案 :60% 在 1L 密闭容器中充入 1mol NH和 2mol O， 520平衡时 n（ NO） =n（ N ） =0.2mol ，322则：4NH（ g） +5O4NO（ g）+6H O（ g）322变化（ mol ）： 0.20.250.20.34NH（ g） +3O （g）=2N2（ g） +6H O（ g）322变化（ mol ）： 0.40.30.20.6故平衡时， n（NH3 ） =1mol-0.2mol-0.4mol=0.4mol，n（ O2） =2mol-0.25mol-0.3mol=1.45mol ， n（ H O） =0.3mol+0.6mol=0.9m
8、ol ，由于容器体积为 1L，利用物质的量代2替浓度计算平衡常数 K= 0.220.960.441.45 3答案： 0.220.960.441.453 A. 工业上氨催化氧化生成NO 时，根据图示可知 840 生成 NO 最多，故 A 正确；B.增大 NH3 和 O2 的初始投料比可以降低NH3 转化率，提高氧气转化率，故B 错误；C.投料比不变，增加反应物的浓度可以看成增大压强，不利于向体积增大的方向进行，因此降低 NH3 生成 NO 的平衡转化率，故C 错误；D.使用催化剂时，可降低反应的活化能，加快其反应速率，故D 正确；答案： AD 温度高于 840 时， NO 的物质的量减少的原因可
9、能是催化剂失去活性、有其他副反应发生、生成NO 的反应为放热反应温度升高生成NO 的转化率降低；答案：催化剂失去活性、有其他副反应发生、生成NO 的反应为放热反应温度升高生成NO的转化率降低（3） 8NH3+6NO2=7N2+12H2O 生成N2 的反应中，当生成1mol N2 时，转移的电子数为24mol ；7答案：247 反应相同时间NOx 的去除率随反应温度的变化曲线如下图所示，在50-250 范围内随着温度的升高， NOx 的去除率先迅速上升后上升缓慢的主要原因是迅速上升段是催化剂活性随温度升高增大与温度升高共同使NOx 去除反应速率迅速增大；上升缓慢段主要是温度升高引起的NOx 去除
10、反应速率增大；答案：迅速上升段是催化剂活性随温度升高增大与温度升高共同使NOx 去除反应速率迅速增大；上升缓慢段主要是温度升高引起的NOx 去除反应速率增大【点睛】本题难点是图象分析应用，易错点平衡常数的计算，注意三段式法在平衡计算中的应用。2 十八大以来，各地重视“蓝天保卫战”战略。作为煤炭使用大国，我国每年煤炭燃烧释放出的大量 SO2 严重破坏生态环境。现阶段主流煤炭脱硫技术通常采用石灰石- 石膏法将硫元素以 CaSO的排放。但是煤炭燃烧过程中产生的CO 又会与4 的形式固定，从而降低SO2CaSO4 发生化学反应，降低脱硫效率。相关反应的热化学方程式如下：反应： CaSO4( s)+ C
11、O( g)CaO( s) +2211-SO ( g) +CO ( g) 活化能 Ea ， H=218. 4kJ mol1反应： CaSO4s4CO gCaS s4CO2g活化能Ea2H21756kJ mol 1( )+( )( ) +( )，= -.请回答下列问题：（ 1）反应 CaO( s)+ 3CO( g)+ SO2( g) ? CaS( s)+ 3CO2( g) ； H=_kJ?mol - 1；该反应在_（填“高温”“低温”“任意温度”）可自发进行。（2）恒温密闭容器中，加入足量CaSO4 和一定物质的量的CO气体，此时压强为 p0。 tmin中时反应达到平衡，此时CO 和 CO2 体积
12、分数相等， CO2 是 SO2 体积分数的 2 倍，则反应 I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 BKp，如p B px Bpx B( ) 也可表示平衡常数，记作( ) ( )，为平衡总压强， ( ) 为平衡系统中 B 的物质的量分数 ) 。（3）图 1 为 1000K 时，在恒容密闭容器中同时发生反应I 和 II， c( SO2) 随时间的变化图像。请分析图1 曲线中 c( SO2 ) 在 0 t 2 区间变化的原因_。（4）图 2 为实验在恒容密闭容器中，测得不同温度下，反应体系中初始浓度比c(CO 2 ) 与c(CO)SO体积分数
13、的关系曲线。下列有关叙述正确的是_ 。2A当气体的平均密度不再变化，反应I 和反应同时达到平衡状态B提高 CaSO的用量，可使反应I正向进行， SO体积分数增大42C其他条件不变，升高温度，有利于反应I 正向进行， SO 体积分数增大，不利于脱硫2D向混合气体中通入氧气（不考虑与SO2 反应），可有效降低SO2 体积分数，提高脱硫效率（5）图 1 中， t 2时刻将容器体积减小至原来的一半，t3 时达到新的平衡，请在图1 中画出t 2- t3 区间 c( SO2) 的变化曲线 _ 。【答案】 - 394 . 0kJ mol - 1低温0. 25p0反应 I 的活化能 Ea1 较小，反应速率I
14、比 II 大，0t 1阶段c SO2) 增大，t 1后反应II为主，c COI逆向进行，故c SO2( ) 减小，使反应() 减小， t2 时反应达到平衡状态。ACD；【解析】【分析】【详解】( 1) 反应： CaSOCO2( g)- 14( s)+ CO( g) ? CaO( s) + SO2( g) +H1=218. 4kJ mol反应： CaSOCaS( s) + 4CO2( g) 14 ( s)+ 4CO( g) ?H2= - 175. 6kJ mol根据盖斯定律反应- 反应得： CaO( s)+ 3CO( g)+ SO2( g) ?CaS( s)+ 3CO2( g) ，所以，21 1
15、 2184kJ mol -1394.0kJmol - 1。该反应为气体分子数减小HHH1756kJmol-.=-=-.=的反应， S0， H 0，当H- TS0 时，反应能自发进行，则T 较小的时候反应能自发进行，即该反应在低温时能自发进行，故答案为：-394.0kJ mol- 1；低温；( 2) 设参加反应的CO起始的物质的量为 a，平衡时， CO和 CO2体积分数相等，2CO 的体积分数是SO2体积分数的2 倍，故设平衡时，22SO 的物质的量为xmol ， CO和 CO 的物质的量为 2x，则对于反应有：CaSO4 s+CO g ?CaO s+SO2g+ CO 2 g起始 /mola00
16、变化 /molxxx平衡 /mola-xxx则反应生成的CO2 的物质的量为 ( 2x- x) mol =xmol，生成CO 的物质的量 = 2x-( a-x) mol =( 3x- a) mol，则对于反应有：起始 /mol变化 /mol平衡 /molCaSO4 s + 4CO g ? CaS s+ 4CO 2 g4x-a0xx3x-ax结合反应、可知：CO的充入量为 ( 4x- a)+ a=4x，而平衡时，气体的总物质的量2xx 2x 5xp，则4xp0，解得：p=5，所以反应的平衡常=+ +=，设平衡时体系总压为=pp05x4( 5p02 )( 5p01 )数 Kp=4545 =0. 2
17、5p0，故答案为：0. 25p0；( 5p02 )45( 3) 因反应的活化能小于反应的活化能，0到 t12，反应速率大于反应，c SO) 增(大， t1后反应 II 为主， c( CO) 减小，使反应I 逆向进行，故22时反应达到平衡c( SO ) 减小， t状态，故答案为：反应I 的活化能 Ea1 较小，反应速率 I 比 II 大， 0 t 1 阶段 c( SO2 ) 增大， t1后反应 II 为主， c( CO) 减小，使反应 I 逆向进行，故c( SO2) 减小， t2 时反应达到平衡状态；(4Am VV恒定) 反应、都是反应前后气体质量变化的反应，由= 可知，容器体积下， 不变，说明
18、气体总质量m 不变，那么容器内每种气体的质量均不变化，已达到平衡， A 正确；B CaSO4 是固体，提高 CaSO4 的用量，平衡不移动，B 错误；C反应是吸热反应，升高温度，反应正向移动，SO2 体积分数增大，不利于脱硫， C正确；D通入氧气， CO 被消耗，反应逆向移动，SO2 体积分数降低，脱硫效率增大，D 正确；综上所述， ACD满足题意，故答案为： ACD；( 5) 容器体积减小一半瞬间，二氧化硫浓度变为2 倍，同时压强增大，平衡逆向移动，二氧化硫浓度减小， t 2 t 3 二氧化硫浓度比 t1 t 2减小的多。根据勒夏特列原理可知，t3 重新平衡时，二氧化硫浓度略比t 2 时刻大
19、，据此如图：，故答案为：。【点睛】勒夏特列原理：当改变外界条件时，平衡向减弱这种改变的方向移动，但不能抵消这种改变。3 德国化学家哈伯(F.Haber)从 1902 年开始研究由氮气和氢气直接合成氨。合成氨为解决世界的粮食问题作出了重要贡献。其原理为N2(g)+3H2(g)? 2NH3(g) H=-92.4kJ/mol(1)若已知 H-H 键的键能为 436.0kJ/mol ， N-H 的键能为390.8kJ/mol ，则 N N 的键能约为_kJ/mol(2)合成氨反应不加催化剂很难发生，催化剂铁触媒加入后参与了反应降低了活化能。其能量原理如图所示，则加了催化剂后整个反应的速率由_决定 (填
20、 “第一步反应 ”或者 “第二步反应 ”)，未使用催化剂时逆反应活化能_正反应活化能 (填 “大于 ”“小于 ”或者 “等于 ”)(3)从平衡和速率角度考虑，工业生产采取20MPa 到 50MPa 的高压合成氨原因_(4)一定温度下恒容容器中，以不同的H2 和 N2 物质的量之比加入，平衡时NH3 体积分数如图所示，则 H2 转化率 a 点 _b 点 (填 大于 ”“小于 ”或者 “等于 ”)。若起始压强为20MPa，则 b 点时体系的总压强约为 _MPa。(5)若该反应的正逆反应速率分别表示为v正 =K 正g N 2 gc3H 2 ， v逆 =K 逆 c2? (NH3)，则一定温度下，该反应
21、 的平衡常数 K=_(用含 K 正和 K 逆的表达式表示 )，若 K 正 和 K 逆 都是温度的函数，且随温度升高而升高，则图中c 和 d 分别表示 _和_ 随温度变化趋势 (填 K正 或者 K 逆 )。(6)常温下，向20mL 的 0.1mol/L 的盐酸中通入一定量氨气反应后溶液呈中性(假设溶液体积变化忽略不计 )则所得溶液中c(NH4+)=_【答案】 944.4第一步反应大于当压强低于20MPa 时，反应速率慢，且反应转化率低，压强过大于50MPa 时，转化率提升不大，但对设备的要求高，生产成本高小于19K 正K 正K逆0.1mol/LK 逆【解析】【分析】【详解】（1）根据反应热的计算
22、公式H=E (反应物的键能 ) -E( 生成物的键能 ) =EN N3EH-H6E N-HEN N3436.0kJ/mol6390.8kJ/mol92.4kJ/mol，可得 EN N =944.4kJ/mol ，故答案为： 944.4；（2）因为第一步反应的活化能大于第二步反应的活化能，则催化剂后整个反应的速率由第一步反应决定，由图可知未使用催化剂时逆反应活化能大于正反应活化能，故答案为：第一步反应；大于；（3）根据工业上制备氨气的原理可知，当压强低于20MPa 时，反应速率慢，且反应转化率低，压强过大于 50MPa 时，转化率提升不大，但对设备的要求高，生产成本高，所以工业生产采取 20MP
23、a 到 50MPa 的高压合成氨，故答案为：当压强低于20MPa 时，反应速率慢，且反应转化率低，压强过大于50MPa 时，转化率提升不大，但对设备的要求高，生产成本高；（4）当增大氢气的用量时，氮气的转化率升高，氢气的转化率降低，则H2 的转化率 a 点小于 b 点；根据图知b 点氨气的体积分数为 5%，设氮气与氢气在恒容密闭容器中各投1mol ，转化的氮气为xmol ，则可列三段式为：N2+3H2? 2NH3起始量 (mol)110转化量 (mol)x3x2x平衡量 (mol)1-x3-2x2x则有 2x=5%，P(平衡 )n( 平衡 )2-2x=P(平衡 )1 ， P(平P(始态 )n(
24、 始态 )=，由此可得 x=2-2x220MPa21衡)=19MPa ，故答案为：小于；19；（5）平衡时，正反应速率=逆反应速率，则有K 正 gc(N 2 )gc3 (H 2 )=K 逆 gc2NH 3 ，平衡常c2NH 3=K 正；该反应为放热反应，温度升高时，平衡会逆向移动，平衡常数 K=K 逆c(N 2 )gc3 (H 2 )数会减小，则 K 逆 大于 K 正 ，c 代表 K 正 ， d 代表 K 逆，故答案为：K 正； K 正 ；K 逆 ；K 逆（6）反应后溶液呈中性，溶液中c（H+）=c（ OH-）且由电荷守恒c（ H+）+c（ NH4+） =c（OH-） +c（ Cl-），则 c
25、（ NH4+） = c（ Cl-） =0.1mol/L ，故答案为： 0.1mol/L 。4 秋冬季是雾霾高发的季节，其中汽车尾气和燃煤尾气是造成雾霾的主要原因之一。（1）工业上利用甲烷催化还原NO，可减少氮氧化物的排放。已知： CH4222H=-574kJ mol-1(g)+4NO(g)=4NO(g)+CO (g)+2H O(g)CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)H=-1160kJ mol -1甲烷直接将 NO2还原为 N2 的热化学方程式为 _ 。（2）汽车尾气催化净化是控制汽车尾气排放、减少汽车尾气污染的最有效的手段，主要原理为 2NO(g)+2CO(
26、g)N22H0(g)+2CO (g)T时，将等物质的量的 NO 和 CO 充入容积为 2L 的密闭容器中，保持温度和体积不变，反应过程 (015min) 中 NO 的物质的量随时间变化如上图所示。已知：平衡时气体的分压气体的体积分数体系的总压强，T时达到平衡，此时体系的总压强为 p=20MPa，则 T时该反应的压力平衡常数Kp _；平衡后，若保持温度不变，再向容器中充入NO 和 CO2 各 0.3mol ，平衡将 _(填“向左”、“向右”或“不” )移动。15min 时，若改变外界反应条件，导致n(NO)发生如图所示的变化，则改变的条件可能是_(填序号 )A 增大 CO浓度 B升温 C 减小容
27、器体积D 加入催化剂（3）工业上常采用 “碱溶液吸收 ”的方法来同时吸收SO2，和氮的氧化物气体x(NO )，如用氢氧化钠溶液吸收可得到Na2SO3NaHSO3NaNO2、NaNO3等溶液。已知：常温下，HNO2的、电离常数为 K-4，H2SO3的电离常数为 Ka1=1.2-2、 K-8 。a=7 10 10a2=5.8 10常温下，相同浓度的Na232SO 、 NaNO 溶液中 pH 较大的是 _溶液。常温下， NaHSO3 显 _性 (填“酸 ”“碱”或 “中”，判断的理由是(通过计算说明 )_ 。（4）铈元素(Ce)是镧系金属中自然丰度最高的一种，常见有+3、 +4 两种价态。雾霾中含有
28、大量的污染物NO，可以被含Ce4+的溶液吸收，生成NO2-、 NO3-（二者物质的量之比为11)。可采用电解法将上述吸收液中的NO2-转化为无毒物质，同时再生Ce4+，其原理如图所示。 Ce4+从电解槽的 _(填字母代号 )口流出。写出阴极的电极反应式： _ 。【答案】 CH42222-1-1 或 7(MPa)-1(g)+2NO (g)=N (g)+CO (g)+2H O(g) H=-867kJ mol0.0875(MPa)80不 AC Na2 33-的电离常数 Ka2-8，水解常数 KhK w-13，电SO酸因为HSO=5.8 10= K a2 8.3 10离常数大于水解常数，所以溶液显酸性
29、a 2NO-+8H+6e- =N2 +4H2O【解析】【分析】(4)电解过程中 Ce3+在阳极失电子，变为Ce4+，则 b 进 Ce3+， a 出 Ce4+， NO2-在阴极得电子变为 N2，则 d 进 NO2-， c 出 N2。【详解】42221-1(1) CH (g)+4NO (g)=4NO(g)+CO (g)+2H O(g)H =-574kJ molCH42222-1(g)+4NO(g)=2N (g)+CO(g)+2H O(g)H =-1160kJ mol +得：CH42222(-574kJmol -1 )+(-1160kJmol -1 )-2(g)+2NO (g)=N (g)+CO (
30、g)+2H O(g) H=2=867kJ mol-1，故答案为：CH42222H=-867kJ mol-1 ；(g)+2NO (g)=N (g)+CO (g)+2H O(g)(2)由图可知， NO 起始物质的量为0.4mol ， 0 到 15min 共减少了 0.2mol ，则2NO(g)+2CO(g)催化剂?垐 垐噲 垐? N 2 (g)+2CO 2 (g)起始值 /mol0.40.400，平衡时 p(NO)=变化值 /mol0.20.20.10.2平衡值 /mol0.20.20.10.220MPa0.2=40402)=2027MPa，同理可得： p(CO)=MPa， p(N7MPa，p(CO )0.2+0.2+0.1+0.27
