題型14化學反應原理綜合應用

"八省”聯(lián)考典題

1.(2025年1月?“八省聯(lián)考”河南卷)硅是電子工業(yè)中應用最為廣泛的半導體材料，少量磷的摻入可提高

硅的導電性能。Zn高溫還原SiCM沸點57.6℃)是生產(chǎn)多晶硅的一種方法。回答下列問題：

⑴基態(tài)Zn原子的價電子排布式為,SiCL晶體的類型為=

(2)化合物H3BPF3的結(jié)構(gòu)如圖1所示，H3BPF3中F-P-F鍵角略大于PF3分子中的F-P-F鍵角，原因

是o

A/

H-B-P<—F

HF

圖1

(3)Si、P和Zn三種元素組成化合物的晶胞如圖2所示(晶胞參數(shù)a=bwc,a=。=y=90。)，若將M點Si

原子作為晶胞頂點，則N點Si原子在晶胞中的位置為(填“面心”“棱中點”或“體心”)。

OZn

?Si

OP

圖2

(4)在Zn還原SiCL的過程中會生成副產(chǎn)物SiCl2,抑制SiCb生成可以增加Si產(chǎn)量并降低生產(chǎn)能耗。該

過程存在如下主要化學反應：

反應I：SiC14(g)+2Zn(g)2ZnCl2(g)+Si(s)AHi=-134kJ-moL

1

反應II：SiC14(g)+Zn(g)ZnCl2(g)+SiCl2(g)AH2=+98kJmol

反應III：SiCU(g)+Si(s)2SiCl2(g)AH3

_1

@AH3=kJmolo

②在總壓分別為Pl、必和.下，反應達平衡時：SiCb物質(zhì)的量與初始SiCL物質(zhì)的量的比值X隨溫度變

化如圖3所示。圖中壓強由大到小順序為，判斷的依據(jù)是。在一定溫度、180kPa條件下，

體系中初始：SiCL(g)和Zn(g)分別為Imol和4mol,假設(shè)此條件下生成的SiCb忽略不計，恒壓反應4min時,

Si。分壓變?yōu)?0kPa,0?4min內(nèi)用SiCL分壓表示的平均反應速率為kPa-min^1,此時可生成硅.

g°

【答案】(1)3不。4s2分子晶體

(2)H3BPF3無孤電子對，PF3存在孤電子對，孤電子與成鍵電子之間存在著斥力，使得鍵角減小

⑶體心

(4)+330P3>pi>pi在同一溫度下，0到P3，SiCb物質(zhì)的量逐漸減小，說明平衡逆向移動，

增大壓強平衡向化學計量數(shù)小的方向移動414

【解析】(l)Zn為30號元素，則基態(tài)Zn原子的價電子排布式為3d"4s2；SiCL的沸點為27.6℃,比較低，

故SiCL是分子晶體；(2)由化合物H3BPF3的結(jié)構(gòu)可知，P具有一對孤電子對，與B的空軌道形成配位鍵，

而PF3中具有一對孤電子，孤電子與成鍵電子之間存在著斥力，使得鍵角減小，故H3BPF3中F-P-F鍵角略

大于PF3分子中的F-P-F鍵角；(3)由該晶胞的結(jié)構(gòu)可知，該晶胞中含有8x：+4x：+l=4個Zn,

4X9+6X：=4個Si,Zn和Si數(shù)量相同，則Zn和Si位置可以互換，若將M點Si原子作為晶胞頂點，則N

點Si原子在晶胞中的位置為體心；(4)①由蓋斯定律得反應111=2反應H-反應I,貝IJ

11

AH3=2AH2-AHi=(2x98+134)kJmol-=+330kJmor；②由圖可知，在同一溫度下，跖到力，SiCb物質(zhì)的量逐

漸減小，說明平衡逆向移動，增大壓強平衡向化學計量數(shù)小的方向移動，則小>。2>“；假設(shè)此條件下生成

的Si02忽略不計，體系中初始：SiCL(g)和Zn(g)分別為Imol和4m01,貝！］p初始(SiC/J=180狂%x：=36狂％,

恒壓反應4min時，SiCL分壓變?yōu)?0kPa,故丫(8(％)=笥決=4"0min-；生成的SiCb忽略不計，假設(shè)

消耗SiCUxmoL建立以下平衡：

SiCl4(g)+2Z〃(g)U5z(s)+2ZnCZ(g)

起/mol1400

轉(zhuǎn)/molX2xX2x

4min/mol1-x4-2xX2x

/、n(SiCl.)1-x,、

p(SzC/)=---------=------x1SOkPa=2QkPa,貝［|x=0.5加。/,m(5'z)=0.5mo/x28g/mo/=14g

4n邙5-xo

2.(2025年1月?“八省聯(lián)考”內(nèi)蒙古卷)在傳統(tǒng)克勞斯工藝制備S2的基礎(chǔ)上，科研工作者提出分解H2s

制備S2同時獲取出的新方法，反應如下：

反應1：2H2S(g)+O2(g)=2H2O(g)+S2(g)AH1

反應2：2H2S(g)2H2(g)+S2(g)AH2

(1)傳統(tǒng)克勞斯工藝反應如下，則AHp0

1

2H2s(g)+3O2(g)=2SO2(g)+2H2O(g)AH3=-1036kJmor

1

4H2S(g)+2SO2(g)=3S2(g)+4H2O(g)AH4=+94kJmOr⑵按照新方法，向1L恒容容器中通入0.01mol

混合氣體［n(Ar):n(H2S):n(O2)=88:10:2］。H2s的轉(zhuǎn)化率(a)與溫度關(guān)系曲線如圖1所示，三條曲線分別

代表平衡轉(zhuǎn)化率及相同反應時間內(nèi)有、無催化劑的轉(zhuǎn)化率。

6o

5o

%

/

(4o

4

H

)3o

b

2o

1O

O89O

70000000

“

°C

圖31

①代表平衡轉(zhuǎn)化率的曲線是(填“I”“n”或“in”)。

②但______0(填”或">”)；新方法加入部分。2，而未采用H2s直接分解法的原因是0

③P點n(H2)=1.0x104mol,此時n(S)=mol,反應2的平衡常數(shù)K=。

(3)1000℃時，恒容容器中發(fā)生反應2,H2s和H2的體積分數(shù)(叫隨時間變化曲線如圖2所示。下列說法

正確的是。

0.1--0.020

0.08

0.015_

勾0.06

yrp.010%

三0.04

0.005

0.02-

0

〃ms

圖2

A.反應2在M點達到化學平衡狀態(tài)B.40ms時，通入Ar,a(H2S)不變

C.H2S的反應速率：v(M)>v(N)D.50msBt,降低溫度，氏的產(chǎn)率增加

(4)NiO可催化分解H2S。形成立方NiO時，Ni2+的3d軌道分裂為兩組。請參照基態(tài)原子核外電子排布

規(guī)律將Ni2+的價電子填充至圖3中，完成軌道表示式，

E□□

□□□

圖3

【答案】⑴-314kJ-molT

(2)I>使H2與。2反應生成水，減小H2的濃度，使反應2平衡正向移動

2.5x10-^01l.OxlO-5

(3)BC

[B田

(4)回回回

圖3

【解析】(1)根據(jù)蓋斯定律;(④+③)得2H2S(g)+O2(g)=2H2O(g)+S2(g),

111

AH1=|(AH3+AH4)=|(-1036kJ-mor+94kJ-mof)=-314kJ-mof；(2)①催化劑不影響轉(zhuǎn)化率，只影響

速率，因此平衡轉(zhuǎn)化率是該條件下的最大轉(zhuǎn)化率，有無催化劑都不會超過最大轉(zhuǎn)化率，故平衡轉(zhuǎn)化率曲線

是I;②溫度升高，H2s的轉(zhuǎn)化率升高，反應1為放熱反應，溫度升高轉(zhuǎn)化率降低，故反應2為吸熱反應,

溫度升高，轉(zhuǎn)化率升高，且程度比反應1大，故AH2>0；新方法加入部分O2,而未采用H2s直接分解法的

原因是使H2與。2反應生成水，減小H2的濃度，使反應2平衡正向移動；③向1L恒容容器中通入0.01mol

-4

混合氣體[n(Ar):n(H2S):n(C)2)=88:10:2],則n^S)=IxlO'mol,n(O2)=2xl0mol,設(shè)生成了2xmol

H2O和2ymolH2,則

2H2s(g)+02(g)=2H2O(g)+S2(g)

起始(mol)1X10-32x10"00

轉(zhuǎn)化(mol)2xX2xX

平衡(mol)lxl03-2x-2y2x10"-x2xx+y

、催化劑2H2(g)

2H2s(g)+S2(g)

起始(rwl)lx?00

轉(zhuǎn)化(ITDI)2y2yy

平衡(rwl)lx10-3-2x-2y2yy+x

P點H2s的轉(zhuǎn)化率50%,5x10"=2x+2y,2y=lxl0_4mol,解得y=o.5xl()Tmol,X=2.0xl04mol,

(1xIO-4molY2.5xl0-4mol

/、C2(HJC(SJIILJIL,

4

n(S2)=2.5xlO-mol："一尖黑”二、——;~J~￡------=1x10、⑶八項，化學平衡狀態(tài)是指

-4

c(H2S)f5x10mol

各組分濃度不再變化，反應2在M點未達到平衡，因在M點后體積分數(shù)依然在改變，A錯誤；B項，恒容

容器中，40ms時已達到平衡，通入Ar不影響平衡移動，故aQ^S)不變，B正確；C項，M點的H2s的濃

度高于N點，故反應速率：v(M)>v(N),C正確；D項，50ms時，反應2為吸熱反應，降低溫度平衡向放

熱方向移動，平衡逆向移動，出的產(chǎn)率減小，D錯誤；故選BC；(4)Ni2+的價層電子排布式為3d8,原子核

E

[3田

外電子排布先排能量低再排能量高，且根據(jù)泡利不相容原理軌道表示式

回冏回

圖3

3.(2025年1月?“八省聯(lián)考”四川卷)甲烷氧化偶聯(lián)制乙烯是提高甲烷附加值的一項重要研究課題，其涉

及的反應如下：

①4cH4(g)+02(g)2C2H6(g)+2H2O(g)AH1=-354kJ-mol-'

1

②2cH4(g)+C)2(g)C2H4(g)+2H2O(g)AH2=-282kJmol-

@CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(g)AH3=-803kJ-molT

己知：以乙烯為例，其選擇性定義為加之烯),100%。

貝乙烯十/n乙烷十口通

回答下列問題：

(1)c2H6氧化生成C2H4的熱化學方程式④為,反應的AS0(填“〉”或或"=")，反應―

(填“能”或“不能”)自發(fā)進行。

(2)CH4氧化偶聯(lián)生成C2H4分步進行，C2H6和C2H4的選擇性隨反應時間的變化關(guān)系如圖所示，第一步

反應的產(chǎn)物為。

反應時間

(3)恒壓進料，原料氣的n(CH4)：n(02)對CH4轉(zhuǎn)化率與C2H6、C2H4、CO2選擇性的影響如圖所示，根據(jù)

本研究課題的目的，n(CH4)：n(C)2)在(填“2?3”或“3?4”)更優(yōu)，其原因是.

(4)一定條件下，C2H4的生成速率v與。2分壓P間的關(guān)系為：lgv=；lgp+l」。若O2的初始分壓為po,

3

隨著反應進行，當C2H4的生成速率V降低到其初始生成速率V。的W時，則。2分壓p=_______(用Po表示)。

(5)若n(CH4)：n(C>2尸3.5：1、初始壓強為450kPa,在恒容反應器中達平衡，CH4的轉(zhuǎn)化率為30%,C2H4

和C2H6的選擇性均為40%,則反應④的平衡常數(shù)Kr=kPa(保留整數(shù))。

【答案】⑴2c2H6(g)+O2(g)=2C2H4(g)+2H2(D(g)AH=-210kJ/mol>能

(2)C2H6

(3)2~3n(CH4)：n(C>2)為2?3時，乙烯的選擇性遠大于乙烷的選擇性，ffi!n(CH4)：n(C>2)為3?4時,

乙烯的選擇性與乙烷的選擇性相差不大，且n(CH4)：n(C)2)為2?3時CH4的轉(zhuǎn)化率大

(5)416

【解析】⑴由題意可知，乙烷氧化為乙烯的反應為2c2H6(g)+C)2(g)=^2C2H4(g)+2H2O(g),由蓋斯

定律可知，反應②x2-反應①:反應④，則反應④的△/7=(-282kJ/mol)*2-(-354kJ/moD=-210kJ/mol,反應的熱

化學方程式為2c2H6(g)+O2(g)2C2H4(g)+2H2O(g)A//=-210kJ/mol；該反應是嫡增的放熱反應，任何

條件下，反應7As均小于0,能自發(fā)進行；(2)由圖可知，甲烷偶聯(lián)生成乙烯起始反應時，乙烷的選擇性

大于乙烯的選擇性，說明第一步反應的產(chǎn)物為乙烷；(3)由圖可知，n(CH4)：n(C)2)為2?3時，乙烯的選擇性

遠大于乙烷的選擇性，而n(CH4)：n(C>2)為3~4時，乙烯的選擇性與乙烷的選擇性相差不大，且n(CH4):n(O2)

為2?3時CR的轉(zhuǎn)化率大，所以甲烷氧化偶聯(lián)制乙烯時n(CH4)：n(C)2)為2?3時更優(yōu)；(4)由題意可知，反應

13

起始時炒%=2恒四+1.1①，隨著反應進行，當C2H4的生成速率V降低到其初始生成速率V。的a時

1g牛=；lgp+l.l②，聯(lián)立方程解得氧氣的分壓p=察；(5)設(shè)起始甲烷、氧氣的物質(zhì)的量依次為3.5mol、

Imol,平衡時CH4的轉(zhuǎn)化率為30%,乙烷和乙烯的選擇性均為40%,則平衡時甲烷、乙烷和乙烯的物質(zhì)的

量為3.5mol-3.5molx30%=2.45mol、3.5molx30%x40%xy=0.21mol>3.5molx30%x40%xy=0.21mol,由碳原

子個數(shù)守恒可知，二氧化碳的物質(zhì)的量為3.5mol-2.45mol-0.21molx2-0.21molx2=0.21mol,由氫原子個數(shù)守

怛可知，H2(3(g)的物質(zhì)的量為---------------------------------------=1.05mol,由氧原子個數(shù)守恒可

知，氧氣的物質(zhì)的量為Immx2-OZlTdx'/QSmHuOZGSmol,則平衡時混合氣體的總物質(zhì)的量為

4.395mol,由物質(zhì)的量之比等于壓強之比可知，平衡時氣體壓強為士：：±=439.5kPa,則反應④

4.5mol

0.21x439.5kPaY(1.05x439.5kPaY

4,395)4.395J

的平衡常數(shù)Kp==416。

0.21x439.5kPay/0.265x439.5kPa

,4395Jx[4395

4.(2025年1月?“八省聯(lián)考”云南卷)氮化機(VN)廣泛用于鋼鐵產(chǎn)業(yè)、儲能、工業(yè)催化等領(lǐng)域。工業(yè)上

可采用碳熱還原氮化法制備VN,lOOkPa、1317.0K時熱化學方程式及平衡常數(shù)如下：

V2O5(s)+3C(s)+N2(g)=2VN(s)+3CO(g)AHKp

回答下列問題：

(1)帆元素在元素周期表中屬于______區(qū)。

(2)反應I分兩步進行：

II.V2O5(s)+4C(S)=V2C(S)+3C0(g)AHi=+742.0kJ-mol-'Kpi

III.V2O5(s)+N2(g)=2VN(s)+C(s)AH2=-304,2kJmor'Kp2

1

①反應I的AH=kJmol,3=(用Kpl和32表示)。

②升溫有利于提高VN產(chǎn)率，從平衡移動角度解釋0

（3）通過熱力學計算，不同壓強下反應I的AG隨T變化如圖所示，（填“高溫低壓”或“低溫高

壓”）有利于該反應自發(fā)進行（已知AG<0時，反應可自發(fā)進行）。

200-1------------------------------------------------------------------------------

oo

-

-

o-

EO-

.OO

2一-

9、

V-

-400

8009001000110012001300140015001600

77K

（4）用參與反應可能的機理示意圖如下。下列說法錯誤的是（填標號）。

ONOO?COV

A.反應過程中有非極性鍵斷裂

B.m與V原子直接反應生成VN

C.該反應中活性位點是碳原子

（5）反應過程中，含帆化合物的物質(zhì)的量隨時間變化如下圖所示，前30向11內(nèi)化學反應速率丫（、咕）=

時的氮化率為一％（保留一位小數(shù)，已知氮化率=黑牌湍^必％）。

20

o

E

a

s

H5g

020406080100

//min

【答案】（l）d

⑵+437.8KpjKp2V2（）5（s）+3C（s）+N2（g戶2VN（s）+3CO（g）正反應吸熱，升溫，平衡正向移動

（3）高溫低壓

(4)B

⑸17.256.1

【解析】⑴帆是23號元素，元素在元素周期表中第四周期VB族，屬于d區(qū)元素。（2）①H.V2O5（s）+

H

4c(s尸V2c(s)+3CO(g)AHi=+742.0kJ-molKp1

1

III.V2O5(s)+N2(g)=2VN(s)+C(s)AH2=-304.2kJ-molKp2

根據(jù)蓋斯定律II+III得V2O5(s)+3C(s)+N2(g)=2VN(s)+3CO(g)AH=

11

AHJ+AH2=+742.0kJ-mor-304.2kJ-mor=+437.8kJ-mor1,Kp=KpixKp2o(2)V205(s)+3C(s)+N2(g)=2VN(s)

+3CO（g）正反應吸熱，升溫，平衡正向移動，所以有利于提高VN產(chǎn)率。（3）AGO反應能自發(fā)進行，根據(jù)

不同壓強下反應I的AG隨T變化如圖所示，高溫低壓有利于該反應自發(fā)進行。（4）A項，根據(jù)圖示，反應

過程中有非極性鍵氮氮三鍵得斷裂，故A正確；B項，根據(jù)圖示，附著在C原子上的N2參與了反應，附著

在V原子上的N2沒有參與反應，所以N2不能與V原子直接反應生成VN,故B錯誤；C項，附著在C原

子上的N2參與了反應，附著在V原子上的N2沒有參與反應，該反應中活性位點是碳原子，故C正確；故

選B。（5）30111m時\^的物質(zhì)的量為8.580101,前30min內(nèi)化學反應速率v（VN）=0^=17.2moLh-,

3001畝時\^的物質(zhì)的量為8.5811101、VO的物質(zhì)的量為5.4mol、V2O3的物質(zhì)的量為2.35mol、V2c的物質(zhì)

QCQ

的量為0.66moL氮化率為——:-----xl00%=56.1%

20-2.35x2o

5.（2025年1月?“八省聯(lián)考”陜西、山西、寧夏、青海卷）1,3-丁二烯（C4H6,簡稱丁二烯）是生產(chǎn)橡膠

的一種重要原料，其制備方法不斷創(chuàng)新。

I.1-丁烯(C4H8)催化脫氫法是工業(yè)生產(chǎn)丁二烯的方法之一。

(1)25℃時，相關(guān)物質(zhì)的燃燒熱數(shù)據(jù)如下表:

物質(zhì)(

c4H8?c4H6g)H2(g)

燃燒熱AH/CkJ-mol-1)a-2542-286

1

已知:C4H8(g)=C4H6(g)+H2(g)AH=+1lOkJ-mol,則2=

(2)將一定量的1-丁烯在密閉容器中進行上述反應，測得不同溫度下1-丁烯的平衡轉(zhuǎn)化率與體系壓強的

關(guān)系如圖所示。

80

0.10.20.30.4

壓強/MPa

①圖中溫度T由高到低的順序為,判斷依據(jù)為。

50凡)//］［雙凡)/°力

②已知C4H8(g尸C4H6值)+氏值)的標準平衡常數(shù)K0=其中p?=0.1MPa,

［以C4H

則T?溫度下，該反應的k?=0

II.電化學催化還原乙煥法條件溫和，安全性高。在室溫下，某團隊以KOH溶液為電解液，電催化還

原乙煥制備丁二烯。

(3)反應開始時，溶解在電解液中的C2H2吸附在催化劑表面，該吸附過程的嫡變AS0(填“

或“=”)，生成丁二烯的電極反應式為0

(4)一定時間內(nèi)，丁二烯的選擇性和通過電路的總電量隨相對電勢變化如下圖所示。

10o

之8o

般3

世

6o

坦2

反

然4o

U

H2O

-0.9-1.0-1.1-1.2.1.3

相對電勢/V

已知：丁二烯的選擇性=j二;:二藍工xlOO%；電量Q=nF,n表示電路中轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的

量，F(xiàn)=965OOC-mol-1。

①當相對電勢為-l.ov時，生成丁二烯的物質(zhì)的量為mol(列計算式)。

②當丁二烯選擇性減小時，陰極產(chǎn)生的物質(zhì)還可能有(填標號)0

A.CO2B.H2C.O2D.C3H4

【答案】⑴-2718

(2)T1>T2>T3反應為吸熱反應，相同條件下，升高溫度，平衡正向移動，1-丁烯的平衡轉(zhuǎn)化率升

9

91

(3)<2c2H2+2e-+2H2。=CH2=CHCH=CH2+2OH-

(4)molx70%x—BD

9.652

【解析】(1)燃燒熱是在101kPa時，1mol純物質(zhì)完全燃燒生成指定產(chǎn)物時所放出的熱量；由表：

1

①CR6(g)+￡c>2(g尸48m)+3凡0(1)AH1=-2542kJmor

②H2(g)+；02(g尸凡0。)AH2=-286kJmor'

③C4H8(g)+6C>2(g)FCC)2糖)+4珥0(1)AH=a

1

由蓋斯定律，③-①-②得反應C4H8(g尸C4H6(g)+H2(g)AH=a-AH1-AH2=+llOkJ-mof,則

a=-2718kJ/mol；(2)①反應為吸熱反應，相同條件下，升高溫度，平衡正向移動，1-丁烯的平衡轉(zhuǎn)化率升高,

則圖中溫度T由高到低的順序為TI>T2>T3；②由圖，T2溫度下，平衡時壓強為O.IMPa,1-丁烯的平衡轉(zhuǎn)

化率為30%,假設(shè)1-丁烯投料為lmol,則：

C4H8(g)^C4H6(g)+H2(g)

起始(mol)100

轉(zhuǎn)化(mol)0.30.30.3

平衡(mol)0.70.30.3

總的物質(zhì)的量為1.3mol,則C4H8、C4H6、H2分壓分別I為01MPax-^、0.IMPax——AO.IMPax——,

O.IMPax—O.IMPax—

________L3_x________L3.

該反應的k?=---------ILJMPa=9；⑶溶解在電解液中的c2H2吸附在催化劑表面，該吸附過程

O.IMPax—91

1.3

O.IMPa

為幅減的過程，則燧變AS〈O；以KOH溶液為電解液，電催化還原乙快制備丁二烯，則生成丁二烯的電極

反應為乙煥在堿性條件下得到電子發(fā)生還原反應生成丁二烯，反應為：2c2H2+2e-+2H2。=CH2=CHCH=CH2

+2OH-；(4)①當相對電勢為-1.0V時，由圖，總電量為1.0X105C,則電路中轉(zhuǎn)移電子

,=—mol,丁二烯的選擇性為70%,結(jié)合反應2GH,+2e-+2H,O=CH=CHCH=CH3+

96500CmoL9.652

2OH-,則生成丁二烯的物質(zhì)的量為T￡molx70%xg；②陰極上物質(zhì)得到電子發(fā)生還原反應，元素化合價

降低，則當丁二烯選擇性減小時，陰極會產(chǎn)生其它還原產(chǎn)物，產(chǎn)生的物質(zhì)還可能有H2、C3H4,生成二氧化

碳和氧氣需要發(fā)生氧化反應，故選BD。

能力強化提分練

1.研究CO?的資源綜合利用，對實現(xiàn)“碳達峰”和“碳中和”有重要意義。

⑴在CO2加氫合成CH30H的體系中，同時發(fā)生以下反應：

反應I.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)AHj

1

反應n.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)A〃2=+41kJmol-

反應ni.co(g)+2H2(g)CH3OH(g)33=-90kJmolT

反應I的A/7i=，該反應在_________(填“高溫”、“低溫”或“任意溫度”)下能自發(fā)。

(2)向體積為1L的密閉容器中，投入ImolCa和3moi應，平衡時CO或CH30H在含碳產(chǎn)物中物質(zhì)的量

分數(shù)及CO,的轉(zhuǎn)化率隨溫度的變化如圖：

8o8o

%

6o%

、6o

、

骷

^4o會

4o。

挪

2o2O血

O0

150200250300350400

溫度FC

已知反應II的反應速率v『k正C(CO2>C(H2),v逆=1<逆?9。)人(凡。)，k正、k逆為速率常數(shù)，c為物質(zhì)

的量濃度。

①圖中m代表的物質(zhì)是。

②150?400C范圍內(nèi)，隨著溫度升高，HzO的平衡產(chǎn)量的變化趨勢是o

③在p點時，若反應II的k逆=20L/(mol-s),此時該反應的丫正=mol-L'-s1；

④已知氣體分壓=氣體總壓X氣體的物質(zhì)的量分數(shù)，用平衡分壓代替平衡濃度可以得到平衡常數(shù)Kp；p

點時體系總壓強為P。，反應II的Kp=（保留2位有效數(shù)字）。

⑤由實驗測得，隨著溫度逐漸升高，混合氣體的平均相對分子質(zhì)量幾乎又變回起始的狀態(tài)，原因

是O

【答案】（l）-49kJ-moL低溫

（2）CO先減小后增大0.164.0X10-3反應I、III為放熱反應，反應II為吸熱反應，高溫

時主要發(fā)生反應n,反應n反應前后氣體分子數(shù)相等，所以氣體平均相對分子質(zhì)量基本不變

【詳解】（l）I=n+ni則，AHI=A//2+A//3=+41kJ,molT+（-90kJ-molT尸-49kJmolT；該反應正向放熱，

正向體積減小端減，當AG=A//「TAS<0時T較小，則該反應低溫自發(fā)；

（2）反應I、III正向放熱，反應II正向吸熱，升高溫度反應I、III逆向移動、反應n正向移動，則CO的物

質(zhì)的量分數(shù)增大、甲醇的物質(zhì)的量分數(shù)減小，m代表co；升高溫度反應I、in逆向移動、反應n正向移動,

根據(jù)二氧化碳的變化趨勢可以推知水的平衡產(chǎn)量變化趨勢為先減小后增大；P點二氧化碳的轉(zhuǎn)化率為20%,

則二氧化碳變化物質(zhì)的量為0.2mol,CO和CH3OH的總物質(zhì)的量為0.2mol；此時CO的體積分數(shù)為20%,

則CO和CH30H質(zhì)的量分別為0.04mol>0,16mol；在1L容器中有:

_

CO2(g)+3H2(g)H2O(g)+CH30H(g)

起始mol1300

變化molX3xXX

平衡mol1-x3-3xXX

CO(g)__HO(g)

2+H2(g)2+CO(g)

起始mol1-x3-3xX0

變化molyyyy

平衡moll-x-y3-3x-yx+yy

CO(g)+2H2(g)UCH30H(g)

起始moly3-3x-yX

變化molz2zz

平衡moly-z3-3x-y-2zx+z

則x+z=0.16、y-z=0.04,有x+y=0.2,貝3-3x-y-2z=3-(x+y)-2(x+z尸3-0.2-2x0.16=2.48,

1-x-y=1-(x+y)=0.8,則n(CO2)=(1-x-y)mol=0.8moln(H2)=(3-3x-y-2z)mol=2.48mol,

n(H2O)=(x+y)mol=0.2mol>n(CO)=0.04mol,p點為平衡點則

0.040.2

------PoX----Po

00402n總---n總合；

=丫逆=k逆c(CO).c(HO)=20X—x-y-mol/(Ls)=0.16mol/(L?s)、K=4.0x10-3

2p0.82.48

----Pox------Po

n總---n總

反應i、in為放熱反應，反應n為吸熱反應，高溫時主要發(fā)生反應n,反應n反應前后氣體分子數(shù)相等，所以

氣體平均相對分子質(zhì)量基本不變。

2.低碳經(jīng)濟已成為人們一種新的生活理念，二氧化碳的捕捉和利用是能源領(lǐng)域的一個重要研究方向。

回答下列問題:

⑴工業(yè)上用CO2和H2反應合成二甲酸。已知:

CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)AHi=-53.7kJ-mo「

1

CH3OCH3(g)+H,O(g)2CH3OH(g)AH2=+23.4kJ-mor

2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)AH3=kJmoll

(2)二氧化碳的捕集、利用是我國能源領(lǐng)域的一個重要戰(zhàn)略方向。科學家提出由CO?制取C的太陽能工

藝如圖:

熱分解系統(tǒng)”中每轉(zhuǎn)移

2moi電子，需消耗FexOymol□

(3)催化時還可以使用一種無機固體電解質(zhì)作催化劑，其由正離子AtB""和負離子X-組成，該物質(zhì)

50.7℃以上形成無序結(jié)構(gòu)(高溫相)，50.7℃以下變?yōu)橛行蚪Y(jié)構(gòu)(低溫相)，二者晶體晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示:

說明：圖中，。球為負離子；高溫相中的?深色球為正離子或空位；低溫相中的Q球為A0+離子，?球

為B1^離子。

i.這種無機固體電解質(zhì)的化學式為

ii.“高溫相”具有良好的離子導電性，其主要原因是。

(4)銅基催化劑Cu-M(M為ZnO、ZnO/A12O3等)是CO2加氫制甲醇常用的催化劑，部分合成路線如圖

所示。

請寫出中堿位(a)上發(fā)生反應的總化學方程式

(5)利用電解法在堿性或酸性條件下將CO2還原為CH4和C2H4的原理如下圖所示:

已知：選擇性(S)和法拉第效率(FE)的定義(X代表CH4或QH”如下:

c/\n(生成X所用CO?)＜、n(生成X的電子)

")=陰極吸收的CO2%1°FE(X)=,臬…x100%

I'通過電極的電子

①實驗測得，堿性條件生成CE、C2H4總的選擇性小于酸性條件，原因是

②實驗測得，酸性條件生成CHU、C2H4總的法拉第效率小于堿性條件，原因是

【答案】(1)—130.8

(2)Fe3O41

(3)A2BX4“高溫相”具有良好的離子導電性與大量的四面體空位有關(guān)，四面體空位為正離子的流動

提供了運動通道

(4)H2+CO2=l^iCO+H2O

(5)堿性條件下，有部分C02轉(zhuǎn)化為C03”，用于生成CH4、C2H4的C02的量減少，使總的選擇性減小

酸性條件下，H+離子在陰極得到電子發(fā)生還原反應生成H2,導致CO2的消耗量減小，生成CH4、C2H4總的

法拉第效率減小

【解析】(1)將已知反應依次編號為①②，由蓋斯定律可知，反應①X2―②得到反應2co2(g)+6H2(g)

CH3OCH