大题05 化学反应原理综合题（一）-【考前押大题】备战2021年高考化学（辽宁新高考专用）（解析版）

3.0 cande 2025-05-14 15 4 2.28MB 15 页 3知币

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大题 05 化学反应原理综合题（一）

1．将 CO2应用于生产清洁燃料甲醇，既能缓解温室效应的影响，又能为能源的制备开辟新的渠道，其合成

反应为 CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)。回答下列问题：

（1）利用二氧化碳制得的甲醇还可以制取甲胺，其反应原理为 CH3OH(g)+NH3(g)⇌CH3NH2(g)+H2O(g) ∆H，

已知该反应中相关化学键的键能数据如下：

共价键 C-O H-O N-H C-N

键能/kJ•mol-1 351 463 393 293

则该反应的∆H=_____________________kJ•mol-1。

（2）汽油燃油车上安装三元催化转化器，可有效降低汽车尾气污染。已知：

①CO(g)+NO2(g)⇌CO2(g)+NO(g) ∆H1=-226kJ•rnol-1

②N2(g)+2O2(g)⇌2NO2(g) ∆H2=+68kJ•mol-1

③N2(g)+O2(g)⇌2NO(g) ∆H3=+183kJ•mol-1

则：CO 和NO 两种尾气在催化剂作用下生成 N2的热化学方程式是_____________________。

（3）CH3OH 可作为燃料使用，用 CH3OH 和O2组合形成的质子交换膜燃料电池的结构示意图如下：

电池总反应为 2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O。则 d电极是_______(填“正极”或“负极”)，c电极的电极反应式

为____________________。若线路中转移 2mol 电子，则上述 CH3OH 燃料电池消耗的 O2在标准状况下的体积为__

_________________L。

【答案】（1）-12

（2）2CO(g)+2NO(g)⇌2CO2(g)+N2(g) ∆H=-750kJ•mol-1

（3）正极 CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+ 11.2

【解析】

（1）CH3OH(g)+NH3(g)⇌CH3NH2(g)+H2O(g) ∆H=反应物键能总和-生成物键能总和，两边都含有 3个C-H，

可以同时省略，∆H=351kJ/mol+463kJ/mol+3×393kJ/mol-293kJ/mol -2×393kJ/mol-2×463kJ/mol=-12kJ/mol；

（2）已知：① CO(g)+NO2(g)⇌CO2(g)+NO(g) ∆H1=-226kJ•rnol-1

②N2(g)+2O2(g)⇌2NO2(g) ∆H2=+68kJ•mol-1

③N2(g)+O2(g)⇌2NO(g) ∆H3=+183kJ•mol-1，利用盖斯定律，将①×2+②-③×2 可得 2CO(g)+2NO(g)⇌2CO2(g)

+N2(g)，则∆H=2×(-226kJ•rnol-1)+(+68kJ•mol-1)-2×(+183kJ•mol-1)= -750kJ•mol-1，所以热化学方程式是 2CO(g)

+2NO(g)⇌2CO2(g)+N2(g) ∆H=-750kJ•mol-1；

（3）根据图示可知，c电极为电子流出，原电池负极失去电子，则 c电极是负极，d电极是正极；根据电池

总反应为 2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O，可知 c电极上 CH3OH 失去电子生成 CO2，电极反应式为 CH3OH-6e-

+H2O=CO2+6H+；根据每个氧气参加反应时转移 4个电子，则转移 2mol 电子时，参加反应的氧气的物质的量为

，则消耗的 O2在标准状况下的体积为 0.5mol× 22.4L/mol=11.2L。

2．（1）“哈伯法”合成氨的反应：N2(g)+3H2(g) NH3(g) ∆H，相关键能数据如表：

化学键 N N H-H N-H

键能(kJ/mol) 946.0 436.0 390.8

①ΔH=_______kJ·mol-1。

②向密闭容器中按 1：3体积比通人 N2和H2，反应达平衡时 NH3的体积分数为 25.0%，则 N2的平衡转化率

α(N2)=_______。

（2）“球磨法”是在温和的条件下(45℃和1 bar，l bar≈100 kPa)合成氨，氨的最终体积分数可高达 82.5%。

该法分为两个步骤(如图)：第一步，铁粉在球磨过程中被反复剧烈碰撞而活化，产生高密度的缺陷，氮分子被吸

附在这些缺陷上([Fe(N*)])，有助于氮分子的解离。第二步，N*发生加氢反应得到 NH (x=1~3)，剧烈碰撞中，

NH 从催化剂表面脱附得到产物氨。

①“球磨法”与“哈伯法”相比较，下列说法中正确的是_______(选填标号)。

A．催化剂(Fe)缺陷密度越高，N2的吸附率越高

B．“哈伯法”采用高温主要用于解离氮氮三键，而“球磨法”不用解离氮氮三键

C．“球磨法”中“剧烈碰撞”仅仅为了产生“活化缺陷”

D．“球磨法”不采用高压，是因为低压产率已经较高，加压会增大成本

②机械碰撞有助于催化剂缺陷的形成，而摩擦生热会使体系温度升高。图甲是 N2吸附量、体系温度随球磨转

速变化曲线，则应选择的最佳转速约_______转/min。若选择500 转/min 的转速，N2的吸附量降低的原因是______

_____________________________。

③如图乙，平衡时 NH3的体积分数随N2初始压强增大而_______(填“增大”、“减小”或“不变”)，说明

N2与H2的投料比_______1：3(选填“≤”、“=”或“≥”)

【答案】（1）-90.8 40%

（2）AD 400 转速过快，体系升温太快，温度升高不利于 N2吸附减小 ≥

【解析】

（1）① N2(g)+3H2(g) NH3(g) ∆H 等于反应物的总键能减去生成物的总键能等于946.0+3 436.0-6

390.8=-90.8 kJ·mol-1。②利用三段式计算，设通入1份的N2和3份H2，设转化的量为 x，列出如下三段式：

，

NH3的体积分数为 25.0%= 100%，求出x=0.4，则 N2的平衡转化率 α(N2)=0.4/1 100%=40%。

（2） ①催化剂(Fe)缺陷密度越高，表面积越大，越有利于氮分子被吸附，A正确；

由图可知“球磨法”中氮分子被催化剂吸附形成 [Fe(N*)]，断裂了氮氮三键，故B错误；

“球磨法”中“剧烈碰撞”产生了“活化缺陷”同时放出大量能量有利于氮氮三键解离，C错误；

在低压时氨的最终体积分数可高达 82.5%，产率较高且成本较低，加压会增大成本，D正确；

故答案选 AD。

②低于 400 转/min，N2吸附量不大，高于 400 转/min，温度快速升高，不利于 N2吸附，所以选择400 转/

min，故当转速达到 500 转/min 时，体系升温太快，温度升高不利于 N2吸附。

③由图中信息可得出 N2初始压强增大时 NH3的平衡体积分数减小，根据所学知识：当投料比等于化学计量数

之比时产物的体积分数最大，图中 N2初始压强增大时 NH3的平衡体积分数减小，没有增大的情况，即此时N2与

H2的投料已经≥1:3 了，故答案为≥。

【点睛】

该题考查了基础的焓变的计算和三段式的应用，也考查了拓展信息的提取，注重的是知识的灵活应用和数形

结合的能力。

3．碳及其化合物在工农业生产和日常生活中有广泛的应用，对其研究具有重要意义。

回答下列问题：

（1）利用活性炭的_________________作用可去除水中的悬浮杂质。

（2）炭黑可以活化氧分子得到活化氧(O*)，活化氧可以快速将SO2氧化为 SO3，其活化过程中的能量变化如

图所示：

活化过程中有水时的活化能降低了__________eV。在酸雨的形成过程中，炭黑起：_________________作用。

（3）已知：CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) ∆H，经测定不同温度下该反应的浓度平衡常数如下：

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