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

考试高考必考大题专练（二）化学原理综合应用题（A组）1．[2020·全国卷Ⅱ，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）　ΔH1，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ΔH/（kJ·mol－1）－1560－1411－286①ΔH1＝kJ·mol－1。②提高该反应平衡转化率的方法有、。③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α。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：2CH4C2H6＋H2。反应在初期阶段的速率方程为：r＝k×cCH4，其中k为反应速率常数。①设反应开始时的反应速率为r1，甲烷的转化率为α时的反应速率为r2，则r2＝r1。②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-27-/27 考试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：①阴极上的反应式为____________________________________________。②若生成的乙烯和乙烷的体积比为2∶1，则消耗的CH4和CO2体积比为。2．[2020·某某卷，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涉及的主要反应如下：Ⅰ.CO2（g）＋3H2（g）⇌CH3OH（g）＋H2O（g）　ΔH1＝－49.5kJ·mol－1Ⅱ.CO（g）＋2H2（g）⇌CH3OH（g）　ΔH2＝－90.4kJ·mol－1Ⅲ.CO2（g）＋H2（g）⇌CO（g）＋H2O（g）　ΔH3回答下列问题：（1）ΔH3＝kJ·mol－1。（2）一定条件下，向体积为VL的恒容密闭容器中通入1molCO2和3molH2-27-/27 考试发生上述反应，达到平衡时，容器中CH3OH（g）为amol，CO为bmol，此时H2O（g）的浓度为mol·L－1（用含a、b、V的代数式表示，下同），反应Ⅲ的平衡常数为。（3）不同压强下，按照n（CO2）∶n（H2）＝1∶3投料，实验测定CO2的平衡转化率和CH3OH的平衡产率随温度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3．[2020·某某卷，20]CO2/HCOOH循环在氢能的贮存/释放、燃料电池等方面具有重要应用。-27-/27 考试（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，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40℃～80℃X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。①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）。②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。-27-/27 考试①HCOOD催化释氢反应除生成CO2外，还生成（填化学式）。②研究发现：其他条件不变时，以HCOOK溶液代替HCOOH催化释氢的效果更佳，其具体优点是。4．[2020·某某1月，29]研究NOx之间的转化具有重要意义。（1）已知：N2O4（g）⇌2NO2（g）　ΔH＞0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。①下列可以作为反应达到平衡的判据是。A．气体的压强不变B．v正（N2O4）＝2v逆（NO2）C．K不变D．容器内气体的密度不变E．容器内颜色不变②t1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-27-/27 考试（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）＝p·x（B），p为平衡总压强，x（B）为平衡系统中B的物质的量分数]。③反应温度为T1时，c（N2O4）随t（时间）变化曲线如图1，画出0～t2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（T2＞T1），再次画出0～t2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。Ⅰ.2NO（g）⇌N2O2（g）　ΔH1Ⅱ.N2O2（g）＋O2（g）===2NO2（g）　ΔH2-27-/27 考试图2①决定NO氧化反应速率的步骤是（填“Ⅰ”或“Ⅱ”）。②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（T4＞T3），测得c（NO）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：Ⅰ　C2H6（g）⇌C2H4（g）＋H2（g）ΔH1＝136kJ·mol－1Ⅱ　C2H6（g）＋CO2（g）⇌C2H4（g）＋H2O（g）＋CO（g）ΔH2＝177kJ·mol－1Ⅲ　C2H6（g）＋2CO2（g）⇌4CO（g）＋3H2（g）ΔH3Ⅳ　CO2（g）＋H2（g）⇌CO（g）＋H2O（g）ΔH4＝41kJ·mol－1-27-/27 考试图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变化的ΔH（ΔH随温度变化可忽略）。例如：H2O（g）===H2O（l）　ΔH＝－286kJ·mol－1－（－242kJ·mol－1）＝－44kJ·mol－1。请回答：（1）①根据相关物质的相对能量计算ΔH3＝kJ·mol－1。②下列描述正确的是。A．升高温度反应Ⅰ的平衡常数增大B．加压有利于反应Ⅰ、Ⅱ的平衡正向移动C．反应Ⅲ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Ⅳ的平衡逆向移动③有研究表明，在催化剂存在下，反应Ⅱ分两步进行，过程如下：【C2H6（g）＋CO2-27-/27 考试（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210kJ·mol－1）。根据相关物质的相对能量，画出反应Ⅱ分两步进行的“能量—反应过程图”，起点从【C2H6（g）＋CO2（g）】的能量－477kJ·mol－1开始（如图2）。图2（2）①CO2和C2H6按物质的量1∶1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________________________________________________________________________-27-/27 考试________________________________________________________________________。②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ΔHp3，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Ⅲ为主，反应Ⅲ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-27-/27 考试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）①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HCOO－＋2OH－－2e－===HCO＋H2O。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。②结合上述分析可知，HCOOH与O2反应的离子方程式为2HCOOH＋2OH－＋O2===2HCO＋2H2O或2HCOO－＋O2===2HCO。（3）①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。②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）HCO＋H2HCOO－＋H2O　温度升高反应速率增大，温度升高催化剂的活性增强（2）①HCOO－＋2OH－－2e－===HCO＋H2O　H2SO4②2HCOOH＋2OH－＋O2===2HCO＋2H2O或2HCOO－＋O2===2HCO（3）①HD　②提高释放氢气的速率，提高释放出氢气的纯度4．解析：（1）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-27-/27 考试始终保持不变，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。②设反应容器中加入1molN2O4（g），列三段式：N2O4（g）⇌2NO2（g）始：　　1mol　　　　0mol变：　　0.75mol　　　1.5mol平：　　0.25mol　　　1.5mol故平衡时，p（N2O4）＝p×＝p，p（NO2）＝p，该反应的化学平衡常数Kp＝＝p。③根据题图1，达到平衡状态时，N2O4（g）的物质的量浓度为0.01mol·L－1，则NO2的物质的量浓度为0.06mol·L－1，又知该反应为吸热反应，T2＞T1，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0.06mol·L－1据此画出图像。（2）①由题图2知，反应Ⅱ的活化能比反应Ⅰ的大，反应Ⅱ是慢反应，因此反应Ⅱ决定NO氧化反应速率。②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Ⅰ和反应Ⅱ均为放热反应，温度升高，反应Ⅰ平衡逆移，N2O2（g）的物质的量浓度减小；N2O2（g）的物质的量浓度降低对Ⅱ反应速率的影响大于温度升高对反应Ⅱ速率的影响。-27-/27 考试答案：（1）①AE　②③（2）①Ⅱ　②T4　ΔH1＜0，温度升高，反应Ⅰ平衡逆移，c（N2O2）减小；浓度降低的影响大于温度对反应Ⅱ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）①由题给信息可知，ΔH3＝0＋4×（－110kJ·mol－1）－2×（－393kJ·mol－1）－（－84kJ·mol－1）＝430kJ·mol－1。②反应Ⅰ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Ⅰ、Ⅱ均为气体分子数增多的反应，因此加压，平衡向逆反应方向移动，B项错误；反应Ⅲ的生成物中有CO，而由反应Ⅱ可知，生成乙烯的同时还有CO生成，故反应Ⅲ抑制了反应Ⅱ的进行，即抑制了乙烯的生成，C项错误；水蒸气是反应Ⅳ的生成物，因此通水蒸气时，反应Ⅳ的平衡逆向移动，D项正确。③由反应Ⅰ可知，C2H6（g）⇌C2H4（g）＋H2（g）　ΔH1＝136kJ·mol－1，而题图2中反应起点对应物质的能量为－477kJ·mol－1，故反应Ⅱ的第一步反应生成物的能量为－477kJ·mol－1＋136kJ·mol－1＝－341kJ·mol－1，由第二步反应的活化能为210kJ·mol－1，结合反应Ⅱ的焓变可知第二步生成物的能量为－300kJ·mol－1-27-/27 考试，据此作图。（2）①由反应Ⅰ、反应Ⅱ和反应Ⅲ可知，乙烷的氧化产物有乙烯和CO，结合题表数据可知，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Ⅲ速率。②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Ⅱ的平衡向正反应方向移动。答案：（1）①430　②AD　③（2）①CO　C2H4的产率低，说明催化剂X有利于提高反应Ⅲ速率　②选择性膜吸附C2H4，促进反应Ⅱ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，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）①一个水分子可以形成4个氢键。②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1.01×105Pa，故20℃时，压强为p1，100℃时，压强为1.01×105-27-/27 考试Pa，据此作图。（3）①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。②水的离子积常数从1.0×10－14增大到1.0×10－10，水电离产生的c（H＋）从10－7mol·L－1增大到10－5mol·L－1，水的电离度是原来的100倍。③根据图3可知，乙醇的超临界水氧化过程中，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2SO－2e－===S2O，生成的S2O又与H2O反应生成H2O2和SO，故总反应方程式为2H2OH2O2＋H2↑。答案：（1）C（2）（3）①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）　②100　③ABD（4）①2HSO－2e－===S2O＋2H＋或2SO－2e－===S2O　②2H2OH2O2＋H2↑-27-/27 考试3．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）①根据图中质量变化可知，CaC2O4·H2O分解产生的气态产物依次为H2O（g）、CO、CO2，固体分解过程为CaC2O4·H2O→CaC2O4→CaCO3→CaO。②CaO捕集CO2的性能与CaO与CO2气体的接触面积有关，CaC2O4·H2O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）①CO2、HCOO－中碳元素化合价分别为＋4、＋2价，阴极电极反应式为CO2＋2e－＋H＋===HCOO－。②阳极区生成O2：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O（或2H2O－4e－===O2↑＋4H＋），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）①从反应特点看，反应Ⅰ是吸热反应、反应Ⅱ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Ⅰ中CO2的转化率上升幅度超过反应Ⅱ中CO2的转化率降低幅度。②反应Ⅱ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Ⅱ催化活性更高的催化剂。答案：（1）①CaC2O4CaCO3＋CO↑②CaC2O4·H2O热分解放出更多的气体，制得的CaO更加疏松多孔-27-/27 考试（2）①CO2＋H＋＋2e－===HCOO－或CO2＋HCO＋2e－===HCOO－＋CO②阳极产生O2，pH减小，HCO浓度降低；K＋部分迁移至阴极区（3）①反应Ⅰ的ΔH＞0，反应Ⅱ的ΔH＜0，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②增大压强、使用对反应Ⅱ催化活性更高的催化剂4．解析：（1）若所得溶液的pH＝13，溶液呈强碱性，则CO2主要转化为CO。若所得溶液c（HCO）∶c（CO）＝2∶1，根据K2＝，则c（H＋）＝K2×＝5×10－11×2mol·L－1＝10－10mol·L－1，pH＝－lg10－10＝10。（2）①根据ΔH＝反应物总键能－生成物总键能，该反应的ΔH＝（413×4＋745×2）kJ·mol－1－（1075×2＋436×2）kJ·mol－1＝＋120kJ·mol－1。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。②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Al－3e－===Al3＋。正极为多孔碳电极，根据正极反应式，得正极总反应为6CO2＋6e－===3C2O，O2不参与正极的总反应，故O2为催化剂。将负极反应：2Al－6e－===2Al3＋和正极反应：6CO2＋6e－===3C2O相加，可得该电池的总反应式为2Al＋6CO2===Al2（C2O4）3。答案：（1）CO　10-27-/27 考试（2）①＋120kJ·mol－1　B　②900℃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）Al－3e－===Al3＋（或2Al－6e－===2Al3＋）　催化剂　2Al＋6CO2===Al2（C2O4）3-27-/27