化學反應原理綜合題

1.(2023?潮州二模)合成氨反應N2(g)+3H2(g)-2NH3(g)是目前最有效的工業固氮

方法，解決數億人口生存問題。合成氨的反應歷程和能量變化如圖所示。請回答下

列問題：

能量過渡態I

N

2(g)+3H2(g)1-90.1\出住

-----------------------------V""""[14^()迎"芟2NH3(g)

*N2+3*H2\-九丁心.「100.0

\500.02*NH3

\307.8

UJ..............................................

_____________________2*N+6*H

反應歷程

⑴1molN2分子中7i鍵數目為NA,合成氨反應的熱化學方程式

為_____________________________________________________

O

⑵對總反應速率影響較大的步驟的化學方程式為

(3)在/℃、壓強為0.9MPa條件下，向一恒壓密閉容器中通入氫氮比為3的混合氣

體，體系中氣體的含量與時間變化關系如圖所示:

z/min

①反應20min達到平衡，試求0~20min內氨氣的平均反應速率v(NH3)=

MPa-min』,該反應的KP=（用數字表達式表示）。（Kp為以分壓表示的平衡

常數，分壓=總壓x物質的量分數）

②以下敘述能說明該條件下反應達到平衡狀態的o

a.氨氣的體積分數保持不變

b.容器中氫氮比保持不變

C.N2和NH3平均反應速率之比為1：2

d.氣體密度保持不變

③若起始條件相同，在恒容容器中發生反應,則達到平衡時H2的含量符合圖中

點（填或"g”）。

（4）NH3可在Pt—HY催化劑表面消除氮氧化物等大氣污染物。

Pt-HY界面|HY載體|Pt-HY界面|

OPt原子IIPt-HY界面||HY載體

研究表明，在Pt—HY催化劑中,Pt表面上形成的NH3以NHt的形式被儲存。隨后

在HY載體上,NH*與NO和02產生N2,該反應的離子方程式為

（已知該反應的NO和02物質的量之比為1：1）

陰極陽極

Lo.,

N5

、HO

N?/2

離子交換膜質子交換膜

⑸利用催化劑通過電化學反應在室溫下合成氨的原理如圖所示，該裝置中陰極的

電極反應式為

2.以C02為原料制備甲醇、合成氣、淀粉等能源物質具有廣闊的發展前景。在催

化劑的作用下，氫氣還原C02的過程中可同時發生反應①②。

1

①CO2(g)+3H2(g)LCH3OH(g)+H2O(g)AHi=-50kJ-mol

②CO2(g)+H2(g)-CO(g)+H2O(g)

AH2=+41.1kJ-mol-1

(l)CO(g)+2H2(g)-CH30H(g)

AH3=kJ-mol-1o

⑵已知AH-TAS<0時，反應能自發進行反應，反應①的AS=-180J-mo4K』,則反應①

自發進行的溫度不超過K(保留一位小數)。

⑶在恒溫恒容密閉容器中,充入一定量的C02及H*起始及達到平衡時，容器內各

氣體的物質的量及總壓強數據如表所示：

起始平衡

n（CO2）/mol0.50.2

n（H2）/mol0.9

H（CH3OH）/mol0m

n（CO）/mol0

n（H2O）/mol00.3

總壓/kPap。p

已知po=1.4p,則表中m=；反應①的平衡常數Kp=(kPa產(用含p

的代數式表示),Kp為壓強平衡常數,是在化學平衡體系中，用各氣體物質的分壓替

代濃度計算的平衡常數。

⑷向恒壓反應器中通入3molH2和1molCO2,CO2的平衡轉化率及CH30H的平

衡產率隨溫度變化的關系如圖所示。已知:CH30H的產率=等舞需|xlOO%。

6()

50

40

30

2()

10

0

350400450500550600

溫度/K

圖中500K以后,CO2的平衡轉化率隨溫度升高而增大的原因

是______________________________________________

(5)032的綜合利用有利于“碳中和”,CO2分子在晶體中的堆積方式如圖所示，該晶

體為面心立方最密堆積結構，晶胞邊長為apm,則該晶體的密度p=

g/cm3(列出計算式，設NA為阿伏加德羅常數)。

⑹溫室氣體CO2的用途廣泛，請寫出一種與其物理性質相關的用

途:

3.(2023?常德一模)氧化氫(HCN)分子被認為是生命起源中重要的中間體之一，主要

應用于電鍍業、采礦業等，可制造各種樹脂單體。迄今為止，它所產生的與生物相關

聯的化合物種類最多。

(l)HCN的合成

氟化氫可用甲烷氨氧化法合成，其熱化學反應方程式為:CH4(g)+NH3(g)

隔絕空氣

120°?140°THCN(g)+3H2(g)AH

相關化學鍵的鍵能數據如下表:

化學鍵c-HN-HC=NH-H

E(kJ/mol)414393891436.4

上述反應的AH為o

⑵HCN的性質

已知25c時有關弱電解質的電離平衡常數如下表:

弱電解質化學式電離平衡常數

CHsCOOH1.8x10-5

HCN4.9xl(yi°

K=4.3x10-7

H2CO3

K2=5.6X10-U

HNO27.2x10"

NH3H2O1.8x10-5

①HCN具有酸性,能與氨水發生反應:HCN+NH3H2OLNH*+CN-+H2。,此反應在

常溫下的平衡常數K約為；NH4CN溶液呈性。

②已知可發生如下反應：NaCN+HNCh—HCN+NaNO2,NaCN+HF-

HCN+NaF,NaF+HNO2——NaNCh+HF,則HF的電離平衡常數的范圍

為:。

③在KCN溶液中通入少量的二氧化碳，其離子反應方程式

為:O

④濃度均為01mol/L的NaCN與HCN的混合溶液中，以下推斷正確的

是。

A.混合溶液pH約為9.3

B.2c(H+)=c(CNj+c(HCN)+2c(OHj

C.c(Na+)>c(CN-)>c(HCN)>c(H+)>c(OH-)

(3)HCN和CN的處理

①HCN是一種無色、有毒、易溶于水的氣體,易在空氣中均勻彌散，并易產生爆炸。

國家重點實驗室對密閉空間內的HCN氣體進行了消毒研究，研究中米用NH3、

H2O2氣霧、NH3-H2O2氣霧和水霧分別單獨對HCN進行消毒。由圖可

知______________________________________________

為最佳消毒試劑。

(

￡

&

￡

)

、

褪

塔

啾

膽

N

U

H

水霧、NH”、氣霧、NHjHq,氣霧對

HCN的消毒效果對比

②工業生產中含氧（CN）廢水主要來源于選礦、有色金屬冶煉等工業，對于含氧廢

水都應高度重視并妥善處理，國家關于廢水中總氟濃度排放標準為豈）.5mg/L。某工

廠實驗室針對不同濃度焦亞硫酸鈉（Na2s2。5）處理含氟廢水情況展開研究。反應如

下:

S2。/+2CN-+202+H202CN0-+2H++2S0『

如圖為氧化后CN-的濃度變化，如果你是工廠研究人員，你認為應選擇多大濃度的

Na2s2。5溶液最合理，請回答并說明理

由__________________________________________________

(

V0

4.工8%

&O/

IU工095

)5M

褪

2.健

姆

0出

2L.

g—

,590N

NL0U

。5A

?0.

85

焦亞硫酸鈉濃度(g/L)

不同濃度焦亞硫酸鈉在氧化后CbT的濃度變化

4.(2023)甚江二模)二氧化碳的捕集和資源化利用是緩解溫室效應的重要戰略方向。

回答下列問題：

⑴我國在二氧化碳催化加氫合成甲醇上取得了突破性進展，有關反應如下：

1

反應i.CO2(g)+3H2(g)-CH3OH(g)+H2O(g)AH=-49.6kJ-mol-

反應ii,CO2(g)+H2(g)-CO(g)+H2O(g)

A//=+41kJ-mol1

CO(g)和H2(g)合成甲醇的熱化學方程式

為______________________________________________

⑵在催化劑M的作用ECO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g)的微觀反應歷程和相對

能量出)如圖所示，其中吸附在催化劑表面上的物種用“*”標注。已知:?表示C,.表示

O,。表示Ho

歷程I：

E=-0.75eVE=-().lleV

反應甲：CO2(g)——CO(g)+O*

歷程n：

Oo

E=-0.11eVE=-0.41eVE=+0.38eV

過渡態口

E=-0.85eV

反應乙:H2（g）+0*~HO*+H*

歷程ni：

反應丙:________________________________________________

①歷程ni中的反應丙可表示

為。

②決定CO2（g）+H2（g）=CO（g）+H2O（g）的總反應速率的是歷程（填

I，，“「或"m”）。

⑶將C02和H2按物質的量之比1：3充入一恒容密閉容器中，同時發生了反應i

和反應ii,測得CO2的平衡轉化率隨溫度、壓強變化的情況如圖所示。

系

關

壓

小

①強

為

②A點、B點的化學反應速率大小：v（A）（填或">"）v（B）。

③溫度高于543K時,C02的平衡轉化率隨溫度的升高而增大的原因

是。

④圖中M點對應的溫度下，已知CO的選擇性（生成的CO與轉化的CO2的百分比）

為50%,該溫度下反應ii的平衡常數為（結果保留3位小數）。

⑷催化CO2加氫合成乙酸在減少碳排放的同時還可以生產重要的化工原料。已知

電離度a=M，Am為一定濃度下電解質的摩爾電導率,人常為無限稀釋時溶液的摩爾

Am

電導率,人常=0.040S-m^mol1（T=298K）。某小組實驗測得T=298K時,0.01mol-L1

乙酸的Am=0.002S-m2-mor1o

①該條件下測定的乙酸的電離平衡常數K為

________________________________________________（列出計算式，不需化簡）。

②在298K時,幾種離子的摩爾電導率如表所示。已知:摩爾電導率越大，溶液的導

電性越好。空間站通過電解水實現02的再生，從導電性角度選擇，最適宜的電解質

為（填化學式）。

離子種類H+SQ2-cr

摩爾電導率

349.8279.876.34

/(IO4S-m^mor1)

離子種類CH3COOK+Na+

摩爾電導率

50.1873.5250.11

/(10-4S-m2-mol-1)

5.（2023?武漢質檢）低碳烯垃是基礎有機化工原料，工業上可利用合成氣直接或間接

制取。主要反應方程式如下。

間接制取低碳烯蛤CO（g）+2H2（g）=CH30H⑴AHi=-116kJ-moF1

2CH3OH(1)-C2H4(g)+2H2。⑴

AZ/2=-35kJ-mol

直接制取低碳烯蜂：2CO(g)+4H2(g)-C2H4(g)+2H2O(g)AH3

回答下列問題:

(1)已知H2O(g)-H2O⑴AH=-44kTmol",則AH3=kJ/moL

⑵將N2、CO和H2以體積比為1：1：2充入密閉容器中直接制取乙烯,CO的平

衡轉化率與溫度的關系如圖1所示，則pi_______以（填“>”或點的正反

應速率N點的逆反應速率（填“〈”或“=”）。在500K,壓強為pi的條件下,

該反應的KP=（列出計算

式）。

a(CO)/%

100

80

60

40

2（）

0300400500600700T/K

圖1

⑶已知反應空速是指一定條件下，單位時間單位體積（或質量）催化劑處理的氣體

量。在常壓、450℃ZH（CO）：〃（H2）為1：2的條件下,利用合成氣直接制取乙烯。

反應空速對CO轉化率和乙烯選擇性［選擇性二贏就黑跖X100%］的影響如圖2

所示。隨著反應空速的增加，乙烯的選擇性先升高后降低的原因

是__________________________________________________

口co轉化率口乙烯選擇性

%7(6

、5

X

4(

會3(

皿

2M(

⑷利用合成氣制取低碳烯煌時，需使合成氣吸附在催化劑表面的活性位點上。研究

發現催化劑晶體的顆粒越小，催化效果越好，其理由

是__________________________________________________

⑸Ga2O3是工業上利用合成氣制低碳烯煌的催化劑，其晶體結構單元如圖3所示

（CP-之間緊密堆積,Ga3+位于-形成的空隙中且未畫出），其中CP-半徑為°nm,晶體

結構單元的高為bnm0已知阿伏加德羅常數的值為NA,則Ga2O3晶體的摩爾體積

Vm=______________________________________m3/molo

化學反應原理綜合題

1.(1)2N2(g)+3H2(g)^2NH3(g)A^-92.2kj/mol

(2)2*N+6*H——2*NH3

⑶①0.005②ad③g

0.2x0.6°

++-

(4)4NH尸2N0+202——3N2+4H+6H20(5)N2+6H+6e~-2NH3

解析(1)氮氣分子的氮氮三鍵中含有1個。鍵和2個口鍵，則1mol氮氣分子中

”鍵數目為1molX2XMnolT=2以由圖可知，合成氨反應的反應熱為A

^(307.8+100.0)kJ/mol-500kJ/mol=-92.2kj/mol,反應的熱化學方程式為

N2(g)+3H2(g)^2NH3(g)△年-92.2kj/mol;(2)由圖可知，活化能最大的反應

為2*N+6*H——2*NH3,反應的活化能越大,反應速率越慢，總反應速率取決于慢反

應；(3)①反應20min達到平衡時,氮氣、氫氣、氨氣的分壓分別為0.9MPaX：=

0.2MPa、0.9MPax|=0.6MPa、0.9MPax：=0.1MPa,則0~20min內氨

氣的平均反應速率為畀吧=0.005MPa/min,反應的平衡常數

20mm

七「:方)'=昌渝MPa?②a.氨氣的體積分數保持不變說明正逆反應

速率相等,反應已達到平衡,故正確;b.由質量守恒定律可知,反應中容器內氫氮

比始終保持不變,則容器中氫氮比保持不變不能說明正逆反應速率相等,無法判

斷反應是否達到平衡，故錯誤;c.氮氣和氨氣平均反應速率之比為1：2不能說明

正逆反應速率相等,無法判斷反應是否達到平衡,故錯誤;d.由質量守恒定律可知,

反應前后氣體的質量相等,該反應為氣體體積減小的反應,在恒壓密閉容器中反

應時,混合氣體的密度增大,則混合氣體的密度保持不變說明正逆反應速率相等，

反應已達到平衡,故正確;故選ad;③該反應為氣體體積減小的反應,若起始條件

相同,恒壓密閉容器相當于恒容容器增大壓強,反應速率加快,達到平衡的時間減

小,平衡向正反應方向移動,氫氣的百分含量減小,則若起始條件相同,在恒容容

器中發生反應,達到平衡所需時間大于恒壓密閉容器,氫氣的百分含量高于恒壓

密閉容器,故選g；(4)由圖可知,在HY載體上,錢根離子與物質的量比為1：1的

一氧化氮和氧氣反應生成氮氣、氫離子和水,反應的離子方程式為4NH：+2N0+202

——3麗4『+61120;(5)由圖可知,與直流電源負極相連的電極為陰極,酸性條件下

+

氮氣在陰極得到電子發生還原反應生成氨氣，電極反應式為N2+6H+6e-=2NH3o

2.(1)-91.1kj/mol(2)277.8(3)0.2條

(4)反應①為放熱反應,升高溫度,平衡左移,反應②為吸熱反應,升高溫度,平衡

右移,500K以后,反應②的反應程度大于反應①

(―M(6)做制冷劑或用于人工降雨或用于滅火

解析⑴由蓋斯定律可知,反應①-②可得反應CO(g)+2H2(g)-CH30H(g),則反

應AA=(-50kJ/mol)-(+41.1kj/mol)=-91.1kj/mol;(2)由A比7AS<Q可得(-

50kJ/mol)-7X[-180J/(mol?K)X10-3kJ/J]<0,解得7K277.8K;(3)由題給數

據可得如下三段式：

CO2(g)+3H2(g)^=^CH3OH(g)+H,()(g)

起始(mol)0.50,900

變化(mol)m3mrnm

平衡(mol)0.5—w0.9_3/Mmm

co2(g)+H2(g).CO(g)+H()(g)

起始(mol)0.5~m0.3m0m

變化(mol)0.3~TH0.3"?zi0.3—7W0.3—m

平衡(mol)0.20.6-2/w0.3~m0.3

由平衡時氣體的壓強之比等于物質的量之比可得:小三=絲巳,解得爐0.2,則平

1.4—2mp

衡時氣體總物質的量為1mol,反應①的平衡常數4=品篝=m(kPa)-2;(4)

反應①為放熱反應,升高溫度,平衡向逆反應方向移動,二氧化碳的轉化率減小，

反應②為吸熱反應,升高溫度,平衡向正反應方向移動,二氧化碳的轉化率增大，

則500K以后,二氧化碳的平衡轉化率隨溫度升高而增大說明反應②的反應程度

大于反應①；(5)由晶胞結構可知，晶胞中位于頂角和面心的二氧化碳的個數為8

3

Xi+6xi=4,晶體的密度為0g/cm,由晶胞的質量公式可得:空EaXIOT。)"

82NA

解得3ax若嬴小⑥)干冰升華時會吸收熱量,使周圍環境溫度降低,所以二氧

化碳可以做制冷劑,或用于人工降雨,二氧化碳不能支持燃燒,密度又比空氣的大,

如果讓二氧化碳覆蓋在燃著的物體上,就能使物體跟空氣隔絕而停止燃燒,所以

也可用于滅火。

3.(1)+220.8kj/mol

(2)①0.882(或&82X109堿②(4.9X10y7.2X1(T)(或4.9X10吠隱＜7.2

XICT或4.9義2XIO?

③CN+CO2+H2O——HCN+HCO3④A

(3)①NH3—H2O2氣霧②應選擇3g/L的Na2s2O5溶液,此時CW濃度已經達到國家

排放標準,后面再隨著Na2s2O5濃度的增加,CW濃度繼續下降,但降幅不大,去除率

變化不大且會增加生產成本

解析(1)A年反應物的總鍵能-生成物的總鍵能=4X414+3X393-(414+891+3X

436.4)=+220.8kj/mol;(2)①已知#(HCN)=《某92歐陽?民0)-蕓黑吁瞿,

c(HCN)C(NH3?H2。)

C(HCN)C(NH3-H2O)

1()

c(CN~~)c(H+)c(NHj)c(OH-)K(HCN)xK(NH3?HzO)_4.9小10-><1.8><10-5

■=0.882;NHCN是弱

+1X10T44

C(HCN)C(NH3H2O)C(H)C(OH-)

+

酸弱堿鹽,N黨水解產生H,CN冰解產生OH；由電離平衡常數4(HCN)〈人(限H20)

+

知CW水解產生的0E多于NHj水解產生的H,故NH4CN溶液呈堿性;②由題中化學

反應方程式可知酸性由強到弱順序為HN02>HF>HCN,故HF的電離平衡常數的范圍

為:4.9X10-。<維<7.2X1()T；③由題知電離平衡常數可得,co?與KCN反應的離子

方程式為CN+CO2+H2O-HCN+HCO3；④濃度均為1mol-L1的NaCN和HCN混合液

中c(CN")=c(HCN),由C(HCN)=C(H+)，C(CN-：>-4.9X1(T。得0(k)=4.9X1O10,貝!JpH=

c(HCN)

9.3,故A正確;B.NaCN與HCN的混合溶液中存在電荷守

?:c(Na+)+c(H+)=c(CN-)+c(0H-),物料守恒：2c(Na+)=c(CW)+c(HCN),結合可得

c(HCN)+2c(H+)=c(CfT)+2c(OH),故B錯誤;C.HCN的電離常數(=4.9X1010,CN的

水解常數為跖詈=：黑二。弋2X10工NaCN的水解大于HCN的電離，則

c(OIT)>c(H+),故C錯誤；(3)①由圖可得用阿也。2氣霧對HCN進行消毒時,HCN質

量濃度下降最快且消毒較徹底，故NH3TW2氣霧為最佳消毒劑；②由圖可知當

Na&Os溶液的濃度為3g/L時,CN■濃度已經達到國家排放標準,后面再隨著Na2S206

濃度的增加,CW濃度繼續下降,但降幅不大,去除率變化不大且會增加生產成本,

故應選3g/L的Na2s2O5溶液。

1

4.(l)C0(g)+2H2(g)-CH30H(g)A層一90.6kJ?moF

(2)①HO*+H*—H20(g)②m

⑶①R>R>R豕③反應ii為吸熱反應，升溫平衡正向移動，反應i為放熱反

應,升溫平衡逆向移動，而反應ii正向移動的程度比反應i逆向移動的程度大

④0.017

⑷①0.01x0.05x0.01x0.05②H2SO4

0.01-0.01x0.05

解析(1)已知，反應i:C02(g)+3H2(g)=CH30H(g)+呢(g)A盾-49.6kJ-mol

1

1;反應ii:C02(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g)A年+41kJ-mol;根據蓋斯定律可知，

由反應i-反應ii可得,CO(g)和Mg)合成甲醇的熱化學方程式為C02(g)+2H2(g)

一CH30H(g)A年-49.6kJ?mol1-(+41kJ?mol1)=-90.6kJ?mol1。(2)①己

知總反應為CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H20(g),歷程I反應甲：CO2(g)——CO(g)+0*.

歷程n反應乙：n2(g)+0*——HO*+H*,則總反應-反應甲-反應乙可得歷程ni中的反

應丙，可表示為HO*+H*=—H2O(g)0②歷程I的活化能為-0.05eV-(-0.37

eV)=O.32eV,歷程II的活化能為0.38eV-(-0.41eV)=0.79eV,歷程HI的活化能

為0.63eV-(-0.85eV)=1.48eV,活化能越大,反應速率越慢，總反應的反應速率

由最慢的反應決定,則決定CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H20(g)的總反應速率的是歷程

nio(3)①反應ii為反應前后氣體物質的量不變的反應,加壓平衡不移動,而對于

反應i,加壓平衡正向移動,二氧化碳的平衡轉化率增大,故壓強口、6、R的大小

關系為口＞。＞9。②A點、B點二氧化碳的平衡轉化率相等,則反應物濃度相等,B

點的壓強、溫度均比A點大,故化學反應速率大小：r(A)〈r(B)。③溫度高于543K

時,CO2的平衡轉化率隨溫度的升高而增大的原因是反應ii為吸熱反應,升溫平衡

正向移動,反應i為放熱反應,升溫平衡逆向移動,而反應ii正向移動的程度比反

應i逆向移動的程度大。④將CO?和上按物質的量之比1：3充入一恒容密閉容器

中,設史和“分別為1mol.3mol,M點CO2的轉化率為25%,CO的選擇性為50%,

則兩個反應中CO?參與反應的物質的量均為1molX25%X50%=0.125mol,則

反應i:

CO2(g)+3H2(g)=^^CH3OH(g)+H,0(g)

轉化(mol)0.1250.3750.1250.125?t

反應ii：

CO2(g)4-H,(g)^^CO(g)+H20(g)

轉化(mol)0.1250.1250.1250.125?

則平衡時，CO2為0.75mol,均為(3-0.375-0.125)mol=2.5mol,CO為0.125

mol,H20為(0.125+0.125)mol=0.25mol,反應ii反應前后容器體積不變,可以用

物質的量代替濃度計算平衡常數,則該溫度下反應五的平衡常數筆黑=0.017o

(4)①已知電離度a含,八.為一定濃